Введение к работе
Диссертация посвящена экспериментальному исследовании связи динамических явлений в диффузном авроральном свечении (в высыпании частиц) вне зоны дискретных сияний и SA^-дуге с магнито-сферной активностью.
Актуальность темы. Исследование закономерностей развития динамических процессов в магнитосферно-ионосферной системе является одной из центральных задач физики магнитосферы. Наиболее ярким динамическим явлением, протекающим в этой системе, считается суббуря. В многочисленных работах по экспериментальным и теоретическим исследованиям магнитосферной суббури пока не достигнуто детального понимания причин и закономерностей развития этого явления.
В схеме развития авроральной суббури Акасофу, послужившей основой для первой систематизации сложного комплекса высокоширотных явлений, была отражена повторяющаяся крупномасштабная динамика дискретных сияний. Дальнейшие дополнения и уточнения этой схемы также были сделаны в рамках описания авроральной динамики по данным фотографических камер всего неба. В то же время ранние фотометрические исследования показали, что на высоких широтах даже при отсутствии дискретных сияний постоянно регистрируется усиленное фоновое (диффузное) свечение ночного неба. Диффузное авроральное свечение привлекло широкое внимание после начала регистрации этого явления со спутника ISIS ~2 в начале 70-х годов.
В настоящее время в результате наземных и спутниковых наблюдений установилось представление о диффузном авроральном свечении как области, отображающей проекции плазменного слоя на ионо-
сферные высоты. Дуги сияний возникает в пределах этой области. Более того, экваториальная граница диффузной зоны на ночной стороне совпадает с проекцией плазыопаузы уже при среднем уровне геомагнитной активности. Несмотря на это, до последнего времени при комплексных исследованиях магнитосферной суббури в основном используются данные по динамике дискретных сияний - как самой яркой части явления. Одним из исключений является исследование вариаций фонового свечения в зоне сияний во время суббурь, выполненное по данным цепочки зенитных фотометров на Норильском меридиане.
В своп очередь, изучение реакции диффузного свечения на взрывную фазу суббури может дать дополнительную информацию о масштабах этого процесса в магнитосфере на основе современного уровня знаний её топологии. С этой позиции, во-первых, актуальна информация по динамике диффузных высыпаний частиц (диффузного свечения) в приполюсной области дискретных сияний, которая вероятнее всего сопряжена с внешним (пограничным, PSBL ) плазменным слоем. Во-вторых, есть ряд предпосылок для исследования динамики диффузного аврорального свечения экваториальнее дискретного овала. Имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные о формировании границы конвекции горячей плазмы в окрестности плазмопаузы дают основание полагать, что динамические явления в свечении на соответствующих широтах связаны с суббуревы-
*ми процессами в области внутренней магнитосферы.
'Целью работы является экспериментальное исследование закономерностей проявления магнитосферной суббури в динамике свечения (высыпаний частиц) полярнее и экваториальнее зоны дискрёт-
» ных сияний.
Новизна работы состоит в том, что в ней поставлена и решена задача выявления связи динамики свечения (высыпаний частиц)
вне зоны дискретных сияний с развитием суббури.
Впервые экспериментально показано, что полярнее развивающейся авроральной выпуклости усиливается субвизуальное диффузное свечение, обусловленное высыпанием энергичных частиц.
Впервые на основе спектрофотометрических наблюдений выявлен ряд процессов во внешней области плазмосферы, связанных с магнитосферной суббурей. Это ступенчатое усиление высыпаний ниэ-коэнергичных частиц (эмиссий ночного неба) и возникновение или уярчение5А#-дуги (разогрев внешней плазмосферы) в начале взрывной фазы, а также развитие пульсирующих высыпаний энергичных частиц (пульсаций свечения) на фазе восстановления суббури.
Показано, что экваториальное расширение диффузной авроральной зоны во время взрывной фазы суббури ограничивается проекцией плаэыопауэы, широтное положение которой определяется предысторией геомагнитной активности.
Даучная и практическая ценность работы. Результаты проведенных автором спектрофотоиетрических наблюдений значительно расширяют возможности наземной диагностики динамических процессов в магнитосфере и существенно дополняют эмпирическую базу для физического описания магнитосферной суббури. Показана возможность получения информации о структуре внешней плазмосферы и ее заселенности энергичными частицами по наземным спектрофотометричес-ким данным. Разработаны и изготовлены новые фотометрические приборы, а также реализован наиболее точный метод абсолютной энергетической градуировки фотометров.
Личный вклад.' Автором поставлена задачи исследований, разработана необходимая фотометрическая аппаратура, проведены целенаправленные наблюдения и выполнен анализ полученных данных.
На защиту выносятся следующие экспериментальные результаты;
I. Полярнее развивающейся авроральной выпуклости с резкой
границей в эмиссии 630,0 нм усиливается субвизуальное диффузное свечение в эмиссиях 557,7 нм и 427,8 нм. Это свечение обусловлено высыпанием энергичных частиц (3*10 кэВ) и, вероятно, отображает процесс диполизации магнитного поля при расширении аврораль-ной магнитосферы.
-
Экваториальнее овала дискретных сияний одновременно с началом активизаций взрывной фазы суббури происходит уярчение диффузной авроральной зоны (усиление высыпаний частиц) и её расширение до проекции плазмопаузы (полярного края5AR-дуги).
-
Впервые выявлена реакция плазмосферы на суббурю, которая проявляется в ступенчатом усилении высыпаний низкоэнергичных частиц (усилении эмиссий ночного неба 630,0 нм и 557,7 нм) одновременно с началом активизаций взрывной фазы и в возникновении или уярчении5А#-дуги (полосы красного свечения) в первые 10*20 минут взрывной фазы.
-
На фазе восстановления суббурь с повышенным уровнем предшествующей активности развиваются пульсирующие высыпания энергичных частиц (пульсации свечения в эмиссиях 557,7 нм и 427,8 нм)
из внешней области плазмосферы.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на У Генеральной Ассамблее МАГА (Прага, 1985 г.), ыевдуна-родных симпозиумах "Полярные геомагнитные явления" (Суздаль, 1986 г.), СТЭП (Хельсинки, 1988 г.),V симпозиуме КАПГ по солнечно-земной физике (Самарканд, 1989 г.), всесоюзной конференции "Энергичные частицы в магнитосфере" (Апатиты, 1981 г.), всесоюзном семинаре "Магнитосферные суббури" (Ленинград, 1982 г.), всесоюзном совещании по полярным сияниям и свечению ночного неба "Собственное излучение верхней атмосферы как средство исследования её характеристик" (Ашхабад, 1982 г.), всесоюзном семинаре
"Сравнительные аспекты динамики и структуры магнитосферы" (Москва, 1983 г.), II всесоюзном совещании по проекту ЫИМ "Физические основы прогнозирования геомагнитных возмущений" (Ленинград, 1984 г.), всесоюзном симпозиуме по солнечно-земной физике (Иркутск, 1986 г.), на 4-ом рабочем семинаре "Полярные геомагнитные исследования" (Троицк, 1983 г.) и на XI, XIY Апатит-ском семинаре "Физика авроральных явлений" (Апатиты, 1988, 1991 г.г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Каждая глава имеет краткий обзор и обоснование предмета исследований. Общий объем работы 200 страниц, включая 44 рисунка и список цитируемой литературы - 139 наименований.