Введение к работе
Работа посвящена исследованию глобального геомагнитного и аврорального откликов на резкие вариации параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (ММП) при их взаимодействии с магнитосферой Земли Эти вариации отражают нестационарные процессы в солнечном ветре и включают в себя резкий рост или спад динамического давления плазмы солнечного ветра (Pd), генерацию ударных волн и тангенциальных разрывов, быстрые изменения полярности северо-южной (Bz) и азимутальной (By) -компонент ММП
Перечисленные нестационарные процессы в сочпечном ветре могут проявляться в вариациях магнитного поля в магнитосфере Земли, в высыпаниях энергичных частиц, ускорении-нагреве магннтосферной плазмы и во взрывных суббуревых возмущениях в магнитосферно-ионосферной системе Среди параметров солнечного ветра, наиболее важными для определения степени его воздействия на магнитосферу Земли являются динамическое давление плазмы солнечного ветра и направление Bz и Ву-компонент ММП Выявпение структур солнечного ветра, вызывающих магнитосферно-ионосферные возмущения, и выяснение реакции магнитосферы на различные изменения в межпланетной среде являются одной из ключевых задач сочнечно-земной физики
Актуальность решения этой задачи определяется необходимостью развития одной из наиболее распространенных концепций, описывающих связь магнитосферно-ионосферных возмущений с параметрами потоков солнечного ветра Согласно этой концепции, энергия от солнечного ветра поступает в магнитосферу и в случае, когда скорость поступления энергии выше скорости ее диссипации, она накапливается в магнитосфере Когда количество энергии достигает и превышает некоторый определенный уровень, любое небольшое возмущение вне или внутри магнитосферы может привести к выделению этой энергии и генерации магнитосферно-ионосферных возмущений (конвекционных возмущений, суббурь и магнитных бурь) Развитие этой концепции необходимо для контроля и прогнозирования физических процессов в магнитосферно-ионосферной системе, определяющих состояние околоземного космического пространства - космической погоды
Хорошо известно, что резкие (-1-2 мин) вариации Pd приводят к генерации внезапных геомагнитных импульсов (SI) или внезапных начал магнитных бурь (SC) К возбуждению SI (SC) приводит также взаимодействие с магнитосферой ударных волн и разрывов в солнечном ветре Экспериментальные и теоретические исследования возбуждения SI (SC) ведутся уже не одно десятилетие, однако окончательной модели возбуждения этих импульсов до сих пор не построено
В настоящее время наиболее распространенной моделью возбуждения SI является модель, предложенная Araki в 1994 г на основе обобщения экспериментальных результатов, полученных по данным геомагнитных
наблюдений на низких, средних и авроральных широтах в периоды сжатия магнитосферы солнечным ветром при отрицательных значениях Bz ММП
Однако, эта модель недостаточно учитывает характер распределения токовых векторов SI от широты и MLT на полярных широтах (75-80), особенности распространения SI в магнитосфере при разных условиях в солнечном ветре, а также не учитывает влияние на свойства SI вариаций ионосферной проводимости из-за высыпания в ионосферу частиц В настоящее время остаются неясными также свойства SI, зарегистрированных в периоды спада Pd и при положительных значениях Bz ММП и больших значениях By ММП (|By|>|Bz|) Не ясна и классификация типов магнитосферно-ионосферных возмущений, запускаемых ростом Pd при отрицательных и положительных значениях Bz ММП
Данная диссертация основана на детальном анализе цифровых геомагнитных наблюдений на 7 цепочках, расположенных на разных меридианах MLT от широт 50-60 до ~80, а также данных отдельных низкоширотных станций Кроме геомагнитных данных, анализируются также материалы регистрации вариации аврорального свечения с помощью телевизионных наземных и спутниковых наблюдений сияний
Цель работы и задачи исследований
Основной целью диссертации является исследование глобального геомагнитного и аврорального отклика на вариации Pd и параметров ММП Решались следующие задачи
-
Исследование характера распределения эквивалентных токов, ответственных за формирование главного импульса в структуре SI в периоды роста, спада Pd и различной ориентации ММП
-
Исследование условий формирования и закономерностей распространения SI на высоких широтах (Ф'=60-80) в зависимости от ориентации ММП и вариаций ионосферной проводимости
-
Изучение типов магнитосферно-ионосферных возмущений, стимулированных ростом Pd в условиях южной и северной Bz-компоненты ММП (Bz<0 и Bz>0, соответственно) и поворотами Bz и By - компонент ММП
-
Разработка физического сценария возбуждения внезапного геомагнитного импульса в периоды сжатия и расширения магнитосферы
Научная новизна
-
Впервые построены эквивалентные токовые системы внезапных геомагнитных импульсов на высоких широтах -60-80 по данным глобальных геомагнитных наблюдении с высоким временным разрешением в периоды сжатия и расширения магнитосферы
-
Впервые установлены закономерности полюсного и азимутального распространения SI и их зависимость от ориентации ММП и вариаций ионосферной проводимости
3 Предложен сценарий возбуждения SI с учетом распределения продольных и ионосферных токов, вариаций ионосферной проводимости и ориентации ММП
Научная и практическая ценность
Результаты проведенных исследовании важны для понимания взаимоденствня солнечного ветра с магнитосферой Земли, а также физических процессов, протекающих в магнитосферно-ионосферной системе
Полученные результаты могут быть использованы для построения эмпирической и теоретической моделей возбуждения внезапного импульса, а также для диагностики и прогноза взаимосвязанных физических процессов, определяющих космическую погоду
Личный вклад автора
Все основные результаты, представленные в диссертации, получены автором лично или при его участии Автор принимал непосредственное участие в геомагнитных наблюдениях и телевизионных наблюдениях полярных сияний в районе бухты Тикси в 2000 г и участвовал в дежурных наблюдениях вариаций геомагнитного поля в Якутске Автор самостоятельно подобрал и проанализировал необходимые материалы наземных и спутниковых магнитных измерении Автору в равной степени с соавторами принадлежат все полученные научные результаты и выводы
Достоверность рез)льтатов
Достоверность результатов, представленных в диссертации, обусловлена использованием физически обоснованных методов, их проверкой в экспериментах Полученные в экспериментах оценки физических величин находятся в качественном согласии с результатами исстедований, опубликованными ранее другими авторами
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертации были представлены на международных конференциях (36-й ассамблее КОСПАР и на заседании WPGM) в г Пекин, Китай, в 2006 г , на всероссийских копфереищіяч по физике солнечно-земных связен (г Иркутск, 2001г, 2004г), на всероссийской конференции "Проблемы физики космических лучей п солнечно-земные связи" (г Якутск, 2002 г), 25-м, 28-м и 30-м ежегодных Апагитских семинарах «Физика авроральных явлений» (г Апатиты, 2002 г , 2005 г и 2007 г), на Байкальской школе по фундаментальной физике (г Иркутск, 2003г ), на школе-семинаре «Фундаментальные и прикладные проблемы физики на Севере» (г Якутск, 2003г), в аспирантских чтениях (г Якутск, 2004 г), а также обсуждались на расширенных семинарах отдела аэрономии ИКФИА СО РАН
Публикации
Основные результаты диссертации представлены в 13 публикациях
Структура и объем диссертации
