Введение к работе
Актуальность проблемы» Геомагнитные явления играют ключевую роль в механизме солнечно-земных св;:зей - как важный фактор и как средство диагностики возмущений е околоземном пространстве.
Раскрытие механизма солнечно-земных связей имеет фундаментальное значение для физики космоса и геофизики, а также в прикладном отношении.
В настоящее время нет единого мнения о механизме проникновения в магнитосферу и ионосферу энергии солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (ШШ). Прогресс в этом вопросе тормозится, по-видимому, отсутствием достаточной информации о пространственно-зременных закономерностях геомагнитных вариаций и их связи с параметрами межпланетной среды.
Вследствие наклона плоскости эклиптики к плоскости солнечного экватора и вращения Солнца вокруг своей оси проекция Земли сканирует поверхность Солнца в пределах шарового пояза с чіиротой +7,3. Это представляет возможность изучать гелиоширотные вариации геофизических параметров, которые могут возникать вследствие неоднородности солнечного ветра в меридиональной плоскости Солнца.
В межпланетном пространстве имеются два физически выделенных направления - это направление вектора потока кинетической энергии солнечной плазмы WK и направление вектора потока электромагнитной энергии межпланетного поля S~EX-M . Поскольку вектор
W# направлен по линии Солнце-Земля, а вектор J - по нормали к силовым линиям ММЛ, то геомагнитные вариации, связанные с инжекцией в магнитосферу Земли энергии из межпланетной среды, будут зависеть от взаимной ориентации векторов потока энергии плазмы, потока энергии поля и магнитного момента Земли. Этот геометрический эффект не изучался другими авторами.
В работе широко используются данные Якутской магнитной станции, ведущей наблюдения за зариациями поля с 1932 г. Однако, в связи с разрастанием Якутска эта станция оказалась внутри города и появились различные помехи. На огромной территории Якутии магнитная станция в Якутске является единственным пунктом векового хода, поэтому в ее работе заинтересованы различные организации геофизического и геологического профиля. Они нуждаются гак же в организации геомагнитных наблюдений в других точках республики. Поэтому весьма актуальным является выполнение комплекса организационных работ по развитию геомагнитных наблюдений в Якутии.
Цель работы. Изучить геометрический эффект в геомагнитной активности и вариациях космических лучей, возникающий при изменении пространственного расположения Земли по отношению к солнечномі экватору и наклона ее геомагнитной оси относительно солнечного ветра и ШЛ.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи.
-
Используя многолетний ряд данных исследовать геомагнитные вариации и вариации космических лучей, связанные с изменением местоположения Земли относительно плоскости солнечного экватора.
-
Исследовать зависимость геомагнитной активности на различных широтах от пространственной ориентации геомагнитного дишлі относительно скорости солнечного ветра и направления вектора напряженности ммп.
-
Изучить связь магнитной активности со скоростью солнечноп ветра и величиной ММП при различных ориентациях ММП в северо-юж-ном направлении.
-
Рассмотреть трехмерные токовые системы магнитной суббури и их источники.
-
Выполнить опытно-экспериментальные работы по развитию гео' магнитных исследований в Якутии.
Научная новизна. Поставлена и с единых позиций исследована новая проблема - геометрический эффект, возникающий в космических лучах и геомагнитном поле при их взаимодействии с солнечным ветром и межпланетным магнитным полем. Получены следующие оригинальные результаты.
-
Обнаружена ранее неизвестная закономерность о зависимости геомагнитной активности от угла между геомагнитной осью и векторо потока электромагнитной энергии межпланетного поля.
-
Выведена новая формула связи геомагнитных индексов с пара метрами межпланетной среды.
-
Показано, что большая геомагнитная активность наблюдается при наличии Вх-, Ву - компонент и отсутствии южной компоненты ММ
-
Показано, что галактические космические лучи и планетарна геомагнитная активность обладают четко выраженными гелиоширотныш вариациями.
Степень достоверности полученных автором результатов подтве вдается анализом многолетних данных о вариациях космических луче}1
л геомагнитного поля. По космическим лучам рассмотрены данные нескольких станций мировой сети в периоды с различной геомагнитной активностью. По геомагнетизму анализировались все планетар- ' кьге индексы магнитной активности, а также часовые данные станций, расположенных в высоких, средних и низких широтах северного и южного полушарий Земли.
Научная и практическая ценность работы. Эмпирические закономерности, установленные в диссертации, могут быть использованы при разработке теории взаимодействия солнечного ветра и ММП с геомагнитным шлем. Они расширяют существующие представления о причинах магнитных суббурь и магнитосферных возмущений. Экспериментальный материал, полученный якутской магнитной станцией, широко используется в научных целях в нашей стране и за рубежом, а также для практических целей организациями геофизического профиля для диагностики и прогноза геомагнитной обстановки.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Обнаружена новая закономерность, заключающаяся в том, что планетарная геомагнитная активность изменяется в зависимости от изменения угла между геомагнитной осью и вектором потока электромагнитной энергии межпланетного поля j"~ ~х2Г= fv~*jS~Jx t где V и В - скорость солнечного ветра и напряженность ММП.
-
Выведена эмпирическая формула связи геомагнитных индексов с межпланетными параметрами. Показано, что, во-первых, изменения
AL можно описать на языке электрических полей солнечного ветра; во-вторых, большая геомагнитная активность наблюдается при наличии Вх~ , By - компонент и отсутствии южной компоненты ММП; в-третьих, авроральная западная электроструя имеет непосредственную связь с электрическим полем солнечного ветра Ш"^ Т?х -3 , тогда как восточная электроструя прямой связи с межпланетной средой не имеет.
3. Установлено, что существует ранее предлагавшаяся, но пре
данная забвению трехмерная токовая система, состоящая из продоль
ных токов, втекающих в полярную ионосферу из пограничного слоя
магнитосферы в ранние утренние часы, падерсеновских токов в поляр
ной шапке и продольных токов, вытекающих в пограничный слой из по
лярной шапки в ранние вечерние часы; контур тока замыкается асим
метричным кольцевым током в дневном секторе магнитосферы. Автором
дана новая трактовка физической природе генерации этой токовой
системы.
-
Показано, что галактические космические лучи и геомагнитная активность обладают четко выраженными гелиоширотными вариациями. Обсуждение полученных данных привело к выводу, что межпланетное магнитное поле образовано общим полем Солнца. Стационарная модель ММД состоит из дипольного магнитного поля-в низких широтах Солнца, вытянутых радиально силовых лилий на высоких широтах и гелиосферного токового слоя в экваториальной плоскости Солнца.
-
Создана в Якутске магнитная станция, оснащенная аппаратурой го измерению абсолютного уровня поля, магнитных вариаций и геомагнитных пульсаций.
Апробация работы. Основные результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались на Международном симпозиуме по физике солнечно-земных связей (Ленинград, 1970), па УУ Генеральной Ассамблее МаГА (Москва. 1971), на Международной конференции по космическим лучам (Киото, 1979), на Международном симпозиуме "Полярные геомагнитные явления" (Суздаль, 1986), на Всесоюзной конференции по итогам МІГ (Москва, 1963), на Всесоюзных конференциях ш физике космических лучей (Якутск, 1962; Апатиты, 1964; Алма-Ага, 1966; Москва, 1967; Ташкент. 1968; Ленинград, 1969), на симпозиуме "Физика возмущенной магнитосферы (Мурманск, 1973), на Всесоюзном семинаре "Электрические поля в ионосфере и магнитосфере Земли" (Ленинград, 1974),на Всесоюзном совещании "Полярная ионосфера и магнитосферно- ионосферные связи" (Мурманск, 1977), на научно-практическом совещании по гелиофизическому обслуживанию народного хозяйства б регионе Дальнего Востока (Хабаровск, 1979), ка Всесоюзной совещании по итогам выполнения МИ'5 (.Ашхабад, 1981), :га Всесоюзной конференции "Физические основы прогнозирования геомагнитных возмущений" (Ленинград, 1984), на научных семинарах ИЗШІРАН, СибНЗЫИР, ЯШ, НЙИЯФ МГУ, ИКЙ1А.
Личный вклад. Автору принадлежит идея исследования геометрического эффекта, постановка задачи, разработка методики, анализ результатов и формулировка всех выводов к положенийs приведенных в диссертации. Часть результатов получена совместно с Макаровым Г.А. который защитил кандидатскую диссертацию, выполненную под руководством автора.
Автор является создателем новой магнитной станции вблизи Якутска, оснащенной аппаратурой по измерению абсолютного уровня поля, магнитных вариаций и геомагнитных пульсаций. Полученный зксперимон-
сальный материал регулярно высылается в Мировой Центр данных. Это юзволило автору использовать для своих исследований материалы іаблюдений мировой сети станций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве-;ения,шести глав и заключения. Объем основного текста составляет 214 страниц, 64 рисунка, 10 таблиц. Библиография - 256 наимено-заний на 24 страницах. Общий объем - 238 страниц.
