Диссертация (1097516), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Согласно оценкам авторов работы [Park, 1976] горизонтальныекрупномасштабные электрические поля ионосферы эффективно проникают к земной105поверхности, вызывая вариации Ez. Известно, что сами СКЛ, проникая в атмосферу,могут через ионизацию воздействовать на процессы нуклеации и образованияаэрозолей (см. Главу 2). Например, во время GLE 16 февраля 1984 г. по даннымлидарных измерений было зафиксировано увеличение концентрации аэрозолей на 50%на высоте 20 км в авроральной зоне [Касаткина и др., 1999; Shumilov et al., 1993b;Shumilov, Kasatkina et al., 1996b; Kasatkina, Shumilov, 2005]. Кроме того, высыпающиесяэнергичные частицы могут «закоротить» существующие в стратосфере и нижнеймезосфере электрические поля, приводя таким образом к значительным изменениямвеличины Ez на поверхности Земли [Hale, Croscey, 1979; Zadorozhny et al., 1994].
Вчастности, в работах [Holzworth et al., 1987; Zadorozhny et al., 1994; Zadorozhny, Tyutin,1998] было показано, что увеличение величины Ez во время GLE возможно, еслиувеличение аэрозольной концентрации в атмосфере в процессе ионизации происходитбыстрее, чем рост проводимости. Существуют также теоретические обоснования,согласно которым высыпающиеся солнечные протоны могут привести к увеличению Ezв стратосфере вблизи соответствующей широты геомагнитного обрезания, или вблизиграницы между теплым и холодным атмосферным фронтом в высоких широтах[Herman, Goldberg, 1978].В настоящем разделе приводятся результаты измерений Ez-компоненты (обс.
Апатиты)для трех событий GLE 2001 г.: 15 апреля, 18 апреля и 4 ноября [Kasatkina et al., 2003a,2009; Шумилов, Касаткина и др., 2015]. Все эти события сопровождалиськорональными выбросами массы или Coronal Mass Ejections (CME) [Застенкер,Зеленый, 1999; Gosling, 1993] по данным коронографа LASCO, установленного наборту солнечной гелиосферной обсерватории SOHO. По определению CME –грандиозные выбросы вещества (до 10 млрд. т) из короны Солнца [Застенкер, Зеленый,1999].
В Таблице 3.1 приведены сведения о вспышках и CME, приведенные на сайтеNOAA [http://www.sec.noaa.gov]: (начало – Т1, интенсивность в рентгеновскомдиапазоне – I, начало CME – T2), о солнечных протонных событиях (начало GLE – T3,максимум события – Т4, интенсивность потока протонов с энергиями E>10 МэВ вмаксимуме события (см-2стер-1с-1МэВ-1) – F). Информация о событиях GLE приведенанасайтестанциикосмическихлучейвОулу(Ф’=61.8º)[http://cosmicrays.oulu.fi/GLE.html].
Для события GLE 15.04.2001 г. были привлеченытакже данные измерений Ez в средних широтах (обс. Воейково, Ф’= 56.1º) и в полярнойшапке (обс. Восток, Ф’= -89.4º), данные ИСЗ GOES-8 об интенсивности потоковрентгеновского излучения и солнечных протонов [http://rsd.gsfc.nasa.gov/goes] (рис.3.18).106Таблица 3.1Данные SOHO/LASCO о вспышках и выбросах корональной массы CMEДатаT1 (UT)IКоординаты T2 (UT) T3 (UT) T4 (UT)F13.19X14S20 W8513.3814.1019.2095115/04/200102.14C2S20W-Limb02.3003.1510.4532118/04/200116.03X1N06 W1816.1217.0506/02.15 317004/11/2001Из рис.
3.18 видно, что изменения в электрическом поле в обс. Апатиты,представляющие собой иррегулярные колебания с периодом ~ 10 мин и максимальнойамплитудой ~ 1000 В/м, становятся заметными ~ за 2 часа до начала GLE (14.10 UT) и ~за 1.5 часа до всплеска рентгеновского излучения мощностью Х14. Соответствующаявспышка на Солнце произошла в области с гелиокоординатами S20W85 в 13.19 UT[Nitta et al., 2003] (см. Табл. 3.1). Следует отметить, что за период 1976-1989 гг.наблюдалось только 16 вспышек с интенсивностью в рентгеновском диапазоне Х10 ивыше [Poirier, D’Andrea, 2002].
Величина Ez в это время составляла ~ 1000 В/м (см. рис.3.18а). По данным нейтронных мониторов Оулу и Неварк (Ф’=49.9º) увеличениеинтенсивности космических лучей для GLE 15.04.2001 г. составило 57% и 35%соответственно [Poirier, D’Andrea, 2002]. Данное событие GLE также являлось однимиз самых мощных в 23-м солнечном цикле, энергия релятивистских протонов в этомсобытии достигала ~1 ГэВ [Bieber et al., 2004].
С началом события GLE резкиеизменения в электрическом поле прекратились, и начались плавные изменения Ez.Следующий всплеск Ez с максимумом амплитуды ~ 1000 В/м в ~ 19.40 UT (см. рис.3.18а) имел место в конце события GLE [Poirier, D’Andrea, 2002]. Приблизительно вэто же время (~ 19.00 UT) началось еще одно увеличение потока протонов с энергиямиE>1 МэВ и E>10 МэВ (см. рис. 3.18д). Похожие изменения в Ez наблюдались в это жевремя (~ за 2.5 часа до вспышки) в полярной шапке и в средних широтах (см. рис.3.18б,в). Максимальная амплитуда изменений Ez за исследуемый период в обс.Воейково и Восток достигала значений ~450 В/м и ~750 В/м соответственно (см.
рис.3.18б,в). Следует отметить, что данные Ez обс. Восток представляют среднечасовыезначения, поэтому максимальная амплитуда изменений могла превышать величину 750В/м.107Ez (В/м)400аАпатиты, EzбВосток, EzвВоейково, Ez0-400-800Ez (В/м)1000800600400200Ez (В/м)06004002000-200220I (отн.ед.)г200180160140Част/(см^2стер с МэВ) Вт/м^21E-31E-41E-51E-61E-71E-81E-91E+41E+31E+21E+11E+01E-11E-2д1212е34024681012UT141618202224Рис. 3.18. Вариации Ez-компоненты атмосферного электрического поля во времясобытия GLE 15.04.2001 г.: а) обс. Апатиты (Ф’=63.3º) (5-мин значения); б) обс.Восток (Ф’=-89.4º) (среднечасовые значения); в) обс. Воейково (Ф’=56.1º) (5-минутныезначения); г) интенсивность космических лучей по данным нейтронного монитора обс.Апатиты (5-мин значения); д) вариации рентгеновского излучения по данным ИСЗ108GOES-10 (в диапазоне 0.1-0.8 нм – кривая 1, 0.05-0.4 нм – кривая 2); е) вариацииинтегральных потоков электронов с энергиями E>2 МэВ – кривая 1, протонов сэнергиями E>1 МэВ – кривая 2; E>10 МэВ – кривая 3; E>100 МэВ – кривая 4.Вертикальной чертой обозначен момент вспышки в 13.19 UT.Известно, что метеорологические факторы (скорость ветра, температура) могутоказатьсущественноевлияниенаизмененияEz.Дляисключениявлиянияметеорологических эффектов были привлечены данные о скорости ветра в обс.Апатиты и обс.
Восток за исследуемый период (рис. 3.19).Рис. 3.19. Вариации электрического поля (а) и скорости ветра (б) в обс. Восток вапреле.2001 г.Видно, что в обс. Восток величина скорости ветра оставалась практическинеизменной (5-6 м/с) с начала 14 апреля 2001 г. (рис. 3.19б). По данным метеостанцийобс. Апатиты хотя и наблюдалось плавное увеличение величины скорости ветра сраннего утра 15.04.2001 г., но в интересующий нас период она не превышала 5 м/с.109Примерно с 12.00 UT наблюдалась также поземка. По нашему мнению, такиеизменения в метеоусловиях не могут быть причиной наблюдаемых в данный периодвариаций Ez (до 1000 В/м) в обс.
Апатиты (см. рис. 18а). К сожалению, данные обс.Воейково о скорости ветра отсутствовали, но известно, что величина Ez в первойполовине дня оставалась практически постоянной, и значительные изменения началисьлишь после ~11 UT (см. рис. 3.18в).Сходство наблюдаемых изменений Ez в высоких и средних широтах(практически одновременное начало после ~11 UT, характер и значительная амплитудаизменений (более 1кВ), а также совпадение по времени с грандиозным по масштабампроявлением солнечной активности) позволяет считать это совпадение не случайным.Следует отметить, что данное событие GLE произошло на фоне мощного (более 35%по данным обс.
Оулу) Форбуш-понижения ГКЛ, которое, без сомнения, оказаловлияние на электрические параметры атмосферы. Очень важным является также тообстоятельство, что наблюдаемые изменения электрического поля начались на всехширотахприблизительномагнитометрическихзаданных2часавысокихдоначалаширотсамойпоказалвспышки.отсутствиеАнализкакой-либоавроральной активности перед вспышкой.На рис. 3.20 и 3.21 приведены данные измерений Ez в обс.
Апатиты и ИСЗGOES-8 для двух других событий GLE: 18.04.2001 г. и 4.11.2001 г. Оба эти событиятакже были вызваны мощными вспышками и сопровождались корональнымивыбросами (см. Табл. 3.1). Что касается изменений Ez для этих двух событий, то онипредставляли собой иррегулярные колебания на фоне постепенного увеличения до ~900 В/м. В случае 18.04.2001 г. они также начались приблизительно за 1 час до моментавспышки (02.14 UT), а 4.11.2001 г.
– практически одновременно с началом вспышки.Возможно, предвспышечное увеличение Ez 18.04.2001 г. было связано с высыпаниемэнергичных частиц во время внезапного начала SC, которое имело место в 00.40 UT исопровождалось увеличением потока электронов в диапазоне энергий E>2 МэВ ипротонов с энергиями E>1 МэВ (см. рис. 3.20в). Известно, что SC вызывают высыпанияэнергичных электронов, что приводит к заметному увеличению поглощениякосмического радиоизлучения в высоких широтах [Шумилов, Касаткина и др., 1991;Shumilov, Kasatkina et al., 1996].
Ранее об исследования изменений Ez во время событийGLE по данным наземных измерений в средних широтах сообщалось лишь в однойработе [Sheftel et al., 1994] (рис. 3.22). Как видно из рис. 3.22, событие GLE вызвалоувеличение градиента потенциала электрического поля в средних широтах, что непротиворечит нашим данным.
В работе [Никифорова и др., 2005] также сообщалось о110единственном случае, когда во время мощной магнитной бури 30.10.2003 г. былозафиксировано отрицательное возмущение Ez по данным среднеширотной обс. Свидер(Ф’=48), которое авторы объясняют высыпанием электронов в субавроральныешироты во время магнитосферной суббури.Рис. 3.20. а) вариации Ez-компоненты атмосферного электрического поля во времясобытия GLE 18.04.2001 г.
в обс. Апатиты (Ф’=63.3º); б) вариации рентгеновскогоизлучения по данным ИСЗ GOES-10 (в диапазоне 0.1-0.8 нм – кривая 1, 0.05-0.4 нм –кривая 2); в) вариации интегральных потоков электронов с энергиями E>2 МэВ –кривая 1, протонов с энергиями E>1 МэВ – кривая 2; E>10 МэВ – кривая 3; E>100 МэВ– кривая 4. Вертикальной чертой обозначен момент вспышки в 13.19 UT.111Рис. 3.21. а) вариации Ez-компоненты атмосферного электрического поля во времясобытия GLE 4.11.2001 г. в обс. Апатиты (Ф’=63.3º); б) вариации рентгеновскогоизлучения по данным ИСЗ GOES-10 (в диапазоне 0.1-0.8 нм – кривая 1, 0.05-0.4 нм –кривая 2); в) вариации интегральных потоков электронов с энергиями E>2 МэВ –кривая 1, протонов с энергиями E>1 МэВ – кривая 2; E>10 МэВ – кривая 3; E>100 МэВ– кривая 4.
Вертикальной чертой обозначен момент вспышки в 13.19 UT.112Рис. 3.22. Пример из работы [Sheftel, 1994]: вариации атмосферного электрическогополя во время события GLE по данным среднеширотных станций – 1; данныенейтронного монитора обс. Апатиты – 2; интегральный поток солнечных протонов сэнергиями E>90 МэВ и E>5 МэВ – 3 и 4.Как уже отмечалось выше, изменения электрического поля 15.04.2001 г.наблюдались на всех широтах приблизительно за 2 часа до начала самой вспышки икоронального выброса.
В некоторых работах [Моисеев и др., 1985; 1993; Гошджанов идр., 1993; Reiter, 1969; Olson, 1978] было показано, что существуют предикторысолнечных вспышек, изменяющие некоторые геофизические и метеорологическиепараметры на Земле перед вспышкой на Солнце. В работе [Olson, 1978] на основестатистического анализа установлено, что увеличение Ez и индексов зональнойциркуляции предшествует вспышкам на Солнце. О кратковременном увеличении Ez на40-50% за 1-2 часа до вспышки сообщалось в работе [Моисеев и др., 1993], в которойавторы связывают его с усилением роста жесткого рентгеновского излучения ирадиоизлучения Солнца. Анализ результатов зондирования ионосферы доплеровским113методом показал, что перед некоторыми рентгеновскими вспышками наблюдаетсяспецифическое волнообразное ионосферное возмущение, опережающее моментвспышки на ~ 30-80 мин [Гошджанов и др., 1993].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
