В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 54

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 54)

Граница плазмосферы (плазмопауза) образуется силовыми линиями, на которых концентрация плазмы резко падает до 0,1-1,0 см ~. Геоцентрическое расстояние плазмопаузы 4Ле„оно меняется в зависимости от местного времени и интенсивности магнитосферпых возмущений. Образование плазмосфоры обусловлено суточным вращением Земли вместе с геомагнитпым полем, увлекающим за собой плазму вплоть до высот 3 10~ км. На высоких широтах вдоль силовых линий линий из ионосферы в магнитосферу движется поток плазмы, называемый полярным ветром.

Полярный ветер переносит нагретую плазму в удаленные области хвоствн пополняя магнитосферу ионами из верхней атмосферы. Электрическое поле, возникающее в пограничных областях магнитосферы, приводит к появлению текущих вдоль магнитных силовых линий продольных электрических токов. Втекающие на утренней стороне ионосферы и вытекающие на вечерней токи замыкают цепь, в которой ионосфера является нагрузкой. Иными словами, в магнитосфере действует магнитогидродинамический генератор, преобразующий кинетическую энергию солнечного ветра в энергию магпитосферно-ионосферных токов, которая затем диссипирует внутри ионосферы. Известны соответствующие энергетические оценки: мощность солнечного ветра, падающего на поперечное сечение магнитосферы, составляет =2 1.0ьз Вт, а мощность солнечного ветра, инжектируемого в магнитосферу, -.

-3 10 Вт. Мощности инжекции плазмы в магнитосферный кольцевой ток и джоулева разогрева ионосферы варьируются в Гл. 1б. Верхняя атамоефера, ионосфера и ближний космос ЗО1 пределах (2 — 100) 10гв Вт и (5 — 100) 10~в Вт соответственно. Заметим, что мощность потоков энергичных частиц, вторгающихся в верхшою атмосферу (4. 10) . 10' Вт (119). Продольные токи существуют в магнитосфере постоянно, однако их интенсивность может меняться в несколько раз. Область их втекания и вытекания образует практически непрерывную полосу вдоль аврорального овала, являющегося проекцией плазменного слоя и каспа вдоль геомагнитных силовых линий на высоту 100 — 200 км над поверхностью Земли.

К экватору от этой полосы существуют продольные токи противоположного направления, которые втекают в вечернем секторе и вытекают в утреннем. Эти токи обусловлены замыканием через ионосферу возникающих при конвекции плазмы из хвоста магпитосферы дрейфовых токов. Структура и интенсивность крупномасгатабных продольных токов определяются направлением и величиной межпланетного магнитного поля. Азимутальная (направленная с утра на вечер) компонента поля Вр контролирует продольные токи в области каспа. При Вр > 0 (В„( О) токи втекают (вытекают) к экватору от каспа н вытекают (втекают) к полюсу от каспа.

Общая величина продольных токов составляет (1 — 3) 10в А, они являются важным элементом электродинамической структуры магнитосферы, так как переносят энергию солнечного ветра от ее границ на иопосферпые высоты. Изменения солнечного ветра постоянно влияют на характеристики магнитосферы и потоки заряженных частиц. В определенных ситуациях возникают специфические магпитосферные возмущения длительностью 1 — 2 часа, получившие название магнитосферной суббури. Накладываясь во времени, магнитосферные суббури приводят к возникновению магнитной бури.

Во время магнитных бурь и суббурь происходит усиленная диссипация энергии в магнитосфере ( 10 Вт). Эта энергия выделяется в виде джоулева тепла ионосферных токов (питаемых продольными токами из магнитосферы), вторжений в верхнюю атмосферу потоков. При этом возникают интенсивные полярные сияния.

Основноеэнерговыделенис10 ~ — 1О а Вт м ~ происходит вдоль аврорального овала на высотах полярных сияний 100 200 км. Вдоль аврорального овала наблюдаются яркие полярные сияния, и в ионосфере текут наиболее интенсивные токи. К полюсу и к экватору от аврорального овала потоки вторгающихся в атмосферу частиц резко уменыпаются, и энерговыделение падает до 10 а Вт м ~.

Вторжение заряженных частиц из плазменного 302 !'л. 15. Верхняя атмосфера, ионосфера и блихсний космос слоя, вьвывающсе диффузное авроральное свечение, связано с крупномасштабной конвекцией плазмы. Ионы из атмосферы вытягиваются продольным электрическим полем в плазменный слой геомагнитного хвоста. В результате крупномасштабной магнитосферной конвекции ионы попадают во внутреннюк) магнитосферу и составляют основную часть ионов магнитосферного кольцевого тока. Заряженные частицы, движущиеся вокруг Земли на расстояниях (3-4)й~, образуют магнитосферный кольцевой ток. Кольцевой ток состоит в основном из ионов Н+., О+ с добавкой Не+, О++., Не«~.

Азимутальное движение электронов на восток и протонов па запад обусловлено центробежным и градиентным дрейфами частиц с энергиями от 10 до 102 кэВ. инжектированных в область замкнутых геомагнитных силовых линий из плазменного слоя хвоста магнитосферы во время магнитосферных суббурь. Результирующий ток течет вокруг Земли в западном направлении и понижает горизонтальную составляющую геомагнитного поля Земли. Потоки энергичных частиц с энергией свыше 1 МэВ образуют радиационный пояс в области замкнутых геомагиитных линий, который является магнитной ловушкой для частиц. Во время суббурь происходит инжекция частиц из плазменного слоя в радиационный пояс. Потоки в радиационном поясе заметно увеличиваются в периоды магнитных бурь )136).

Ионосфера и магнитосфера излучают радиоволны различных частот. В диапазоне низких частот 1 10 кГц обнаружено радиоизлучение ионосферного происхождения, которое вызывается возмущениями ионосферной плазмы, вызванными вторжением заряженных частиц. Радиоизлучение разделяется на несколько типов: «шипение» теплового характера, дискретное с определенным тоном и смесь дискретных излучений, так называемые хоры. Излучение локализовано в области размером 200 — 1000 км, поскольку распространяется вдоль узкого пучка магнитных силовых линий.

Источником разнообразных электромагнитных низкочастотных сигналов являются электрические разряды в тропосфере — атмосферики. «Свистящие атмосферикиа (или вистлеры) звуковой частоты распространяются вдоль силовых линий геомагнитного поля. Удаленными ИСЗ обнаружено километровое радиоизлучение магнитосферы, всплески которого возникают в периоды локального усиления потоков высокоэнергичных электронов. Излучение концентрируется вокруг зоны полярных сияний. Выше 130-.150 км плотность энергии геомагнитного поля превышает плотность энергии вмороженной в магнитное поле Вл. 1б. Верхняя атмосферьь, ионосфера и ближний космос зов плазмы. Ниже 70-80 км движение плазмы определяется взаимодействиями при столкновениях с нейтральным газом.

В промежуточной области высот 80 — 130 км ионы движутся совместно с нейтральным газом, а электроны уже привязаны к магнитным силовым линиям. Различные движения электронов и ионов являются причиной возникновения здесь слоя электрического тока. Эти вызываемые циркуляцией атмосферы токи принято называть динамо-токами, они вызывают медленные суточные вариации напряженности геомагнитного поля в десятки гамм. Кроме медленных наблюдаются и быстрые флуктуации и пульсации геомагнитного поля с периодами от долей секунды до минут. Причины возникновения кратковременных флуктуаций геомагпитного поля выяснены не до конца, по-видимому, они связаны с гидромагнитными колебаниями магпитосферы.

Геомагпитпые вариации вызываются также обьуьловлеььььььми вариациями солнечного ветра изменениями на границе магнитосферы. Типичные значения вариаций составляют десятки гамм, но после солнечных вспышек вариации геомагнитного поля могут достигать сотен гамм это так называемые магнитные бури. Следует отметить., что в магнитосферной физике существует ряд открытых вопросов.

Например, что является первичным при рассмотрении магнитосферных проблем: магнитное поле В вместе с основным потоком плазмы и или электрическое поле г' вместе с плотностью тока 1? Довольно длительное время продолжались дььскуссии и сопоставления Ви-подхода с Е1ч подходом. В последние годы решено, что ни один из подходов не может притязать на то, чтобы быть лучшим в решении всех проблем физики магнитосферы. Подходящий способ для решения конкретной магнитосферной проблемы должен выбираться па основе конкретных рассматриваемых случаев. Известны три различные интерпретации кратковременных (транзиентнььх) явлений в дневной магнитосфере.

Связаны ли опи с явлениями переноса потока, переносом плазмы или с импульсами давления солнечного ветра? При разработке правильной интерпретации данного явления в будущем предстоит определить, какая из перечисленных возможных причин встречается чаще и доминирует в переносе энергии и массы к магнитосфере. Неясна окончательно взаимосвязь бурь и суббурь. Существуют убедительные признаки того, что как суббуря, так и усиление магнитосфериой конвекции играют важную роль в развитии магнитной бури. В то время как суббури дают источник частиц для кольцевого тока и источник флуктуаций электрического поля для эффективного Вл.

1б. Верхняя атмосфера, ионосфера ьь блиоьсний космос радиального переноса, усиление магнитосферной конвекции создает арену для более глубокого проникновения инжектируемых суббуревых частиц. Наличие подобных противоречий в магнитосферной физике является признаком того, что эта дисциплина является живой, развивающейся и перспективной областью науки ~170~. Космическая погода В последние годы активно обсуждаются проблемы так называемой космической погоды. Космическая погода описывает условия, которые преобладают выше стратосферы, где отклики атмосферы на солнечное воздействие особенно сильны. Области, на которые воздействует Солнце, включают верхнюю атмосферу и ионосферу Земли.

Характеристики

Список файлов книги