Введение к работе
Актуальность проблемы
Геомагнитные пульсации, наблюдаемые на земной поверхности, многообразны и отличаются по механизмам генерации, широтному распределению, пространственно-временной динамике. Изучение их отличительных особенностей и морфологии имеет большое прикладное значение. Геомагнитные пульсации обладают высокой информативностью и могут быть использованы в качестве инструмента диагностики ионосферы, магнитосферы и даже, в ряде случаев, процессов, протекающих на Солнце. Множество космических аппаратов, изучающих околоземное космическое пространство, ни в коем случае не уменьшает значения наземных служб наблюдений. Возможность непрерывного и длительного мониторинга состояния магнитосферы с помощью сравнительно не сложной аппаратуры является неоспоримым практическим достоинством низкочастотных методов диагностики и прогнозирования.
Несмотря на очевидную важность исследования характеристик всех типов геомагнитных пульсаций, детально изучены пока только колебания с периодами до 600 с. Однако, несмотря на множество исследований различных авторов, даже в этой области остаются белые пятна. Не до конца выяснена физическая природа некоторых из них, а также механизмы их генерации. Пульсации с периодами более 10 минут в современной научной литературе освещены значительно меньше. Существующие работы часто содержат только описание зарегистрированных долгопериодных колебаний и не выдвигают никаких предположений об их физической природе. Сведения, предлагаемые в них, временами имеют противоречивый характер.
Перспективным направлением солнечно-земной физики является мониторинг наземных геомагнитных данных в целях прогноза геоэффективных явлений солнечной активности. Впервые о наличии долгопериодных (с характерным периодом > 20 мин) пульсаций Н-компоненты магнитного поля Земли, предшествующих геоэффективным солнечным вспышкам, сообщалось в работах [1-3]. Данные магнетометров являются наиболее подходящими для осуществления on-line прогноза в силу своей доступности в режиме реального времени, высокой дискретности, наличия измерений на большом числе геомагнитных станций, охватывающих большой интервал широт и долгот. Кроме того, в отличие от данных спутниковых измерений, геомагнитные измерения являются более выгодными экономически и не зависят от условий космической погоды, а значит остаются более надежными. При использовании геомагнитных данных не ограничена продолжительность сеанса наблюдений, нет искажений, вызванных прохождением сигнала через Земную атмосферу.
Цели и задачи работы
Принимая во внимание актуальность затронутых проблем, целью данного диссертационного исследования является изучение и статистический анализ характеристик долгопериодных пульсаций горизонтальной компоненты магнитного поля Земли, а также причин их возникновения.
Решаются следующие задачи:
-
Выбор метода спектрального анализа, оптимального для исследования спектрального состава магнитного поля Земли.
-
Поиск геомагнитных пульсаций больших периодов (30-60 минут) в магнитоспокойные интервалы времени.
-
Исследование долгопериодных пульсаций геомагнитного поля накануне мощных солнечных вспышек. Анализ динамики спектральной мощности колебаний и ее сравнение с тестовыми значениями, полученными в период отсутствия активности на Солнце.
-
Статистическое изучение пространственно-временной структуры пульсаций, их спектральных и морфологических характеристик.
-
Исследование возможных причин, вызывающих усиление периодических пульсаций геомагнитных возмущений при увеличении вспышечной активности.
-
Поиск возможного алгоритма прогноза солнечной вспышечной деятельности по наблюдениям периодических колебаний геомагнитного поля.
Научная новизна
Впервые показано на большом статистическом материале, что мощность долгопериодных пульсаций геомагнитного поля резко возрастает на станциях различных широт и долгот в периоды, примыкающие к протонным вспышкам на Солнце.
Впервые определены особенности спектральных характеристик и пространственного распределения пульсаций, регистрируемых в магнитоспокойные периоды, и в периоды, предшествующие геоэффективным вспышечным событиям.
Впервые показана на большом экспериментальном материале связь предвспышечного роста мощности долгопериодных колебаний Н-компоненты геомагнитного поля с колебательными процессами в атмосфере Солнца.
Впервые предложен возможный алгоритм прогноза солнечных вспышек на основании мониторинга наземных магнитных данных.
Научная и практическая ценность
Научное значение работы связано с получением новых данных о поведении долгопериодных пульсаций геомагнитного поля в спокойные периоды и в периоды, примыкающие к протонным вспышкам на Солнце различной интенсивности.
Практическое значение данной диссертационной работы заключается в разработке основ нового алгоритма прогноза солнечных вспышек на базе мониторинга мощности долгопериодных колебаний горизонтальной компоненты геомагнитного поля.
Разработанные методы исследования и полученные в диссертации результаты могут использоваться другими исследователями при изучении долгопериодных пульсаций геомагнитного поля и прогнозе солнечных вспышек.
Экспериментальные данные
В диссертационном исследовании использовались следующие экспериментальные данные:
Данные о поведении Н-компоненты геомагнитного поля международной сети обсерваторий реального времени INTERMAGNET (:
Данные о магнитном поле Земли архива геомагнитных данных ИЗМИРАН ();
Данные о потоке рентгеновского излучения со спутника GOES (. ).
Обоснованность научных положений и выводов, достоверность полученных результатов обусловлены:
применением современных методик обработки экспериментальных данных;
статистически значимым объемом данных (были обработаны и проанализированы данные более 100 станций для 12 различных вспышечных событий);
- экспертными оценками при публикации основных результатов исследований в
рецензируемых научных изданиях.
Апробация работы
Результаты, составившие основу диссертации, докладывались и обсуждались на многочисленных отечественных и зарубежных семинарах и конференциях:
XI нижегородская сессия молодых ученых. Математические науки, «Красный плес», 2006; Annual Seminar "Physics of auroral phenomena", Apatity, 27 February-2 March 2007; European Geosciences Union, General Assembly 2007, Vienna, Austria, 15 - 20 April 2007; 11 Пулковская международной конференции по физике Солнца: Физическая природа солнечной активности и прогнозирование ее геофизических проявлений. ГАО РАН, Пулково, Санкт-Петербург, 2-7 июля 2007; Тринадцатая научная конференция по радиофизике, ННГУ, 7 мая 2009; Всероссийская ежегодная конференция по физике Солнца «Год астрономии: Солнечная и солнечно-земная физика», Пулково, 5-11 июля 2009; Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике "Гелио- и геофизические исследования", Иркутск, 7-12 сентября 2009; European Space Weather Week, Belgium, November, 16-20, 2009; «Физика плазмы в солнечной системе» 8-12 февраля 2010, ИКИ РАН; 15-я Нижегородская сессия молодых ученых (естественные науки), «Красный плес», 19-23 апреля 2010; European Geosciences Union General Assembly 2010 Vienna, Austria, 02 - 07 May 2010; Всероссийская ежегодная конференция по физике Солнца "Солнечная и солнечно-земная физика-2010" 3-9 октября 2010 Санкт-Петербург, ГАО РАН, «Физика плазмы в солнечной системе» 6-Ю февраля 2012, ИКИ РАН.
Публикации:
По теме диссертации опубликована 21 работа в различных печатных изданиях, в том числе 3 работы в журналах, включенных в список ВАК, и 6 - в Трудах международных и Всероссийских конференций.
На защиту выносятся следующие положения
-
Обнаружена прямая зависимость мощности долгопериодных колебаний горизонтальной компоненты геомагнитного поля за 3-1 день до солнечного события от величины потока протонов, которым оно сопровождалось.
-
Обнаружена прямая зависимость мощности предвспышечных долгопериодных колебаний горизонтальной компоненты геомагнитного поля от широты.
-
Обнаружено отсутствие временного сдвига и зависимости мощности долгопериодных колебаний горизонтальной компоненты геомагнитного поля от долготы.
-
Установлено, что предвспышечные колебания горизонтальной компоненты магнитного поля Земли на средних широтах возникают с опережением в несколько часов по отношению к колебаниям горизонтальной компоненты на высоких широтах.
-
Установлено, что в солнечном рентгеновском излучении наблюдается изменение амплитуд флуктуации, подобное изменениям в горизонтальной компоненте магнитного поля Земли в периоды, предшествующие солнечным протонным вспышкам.
Личный вклад
Автор принимал непосредственное участие в постановке задач и обработке экспериментальных данных. Основные результаты диссертации получены автором лично, либо при его непосредственном участии. Автор активно участвовал в интерпретации результатов работы и формулировке выводов исследования.
