Диссертация (1149588), страница 13
Текст из файла (страница 13)
рис.2.5.3b). При спокойной квазидипольной конфигурации геомагнитного поля (RCF < 3) HOBS всреднем сопоставимы по величине с предсказаниями модели HMOD, в то время как при болеевытянутой конфигурации поля (RCF > 3) наблюдаемые компоненты в несколько раз больше,нежели модельные. Этот результат является очень важным для объяснения разброса в данных ипоследующего развития модели.Другим фактором, влияющим на разброс, оказалась зависимость HOBS/HMOD от временисуббури (см. рис. 2.5.3с).
Несмотря на то, что разброс величин отношения достаточно велик(особенно вначале взрывной фазы, когда амплитуды возмущений еще малы), можно заметить,что величина отношения имеет тренд убывания в ходе развития суббури. Так, HOBS/HMOD ~ 2 втечение первых 5–15 минут, затем оно убывает до ~1 после прохождения максимума магнитнойбухты (характерное время от начала взрывной фазы до еѐ пика составляет примерно 15–20минут). Этот результат показывает, что токовая система суббури эволюционирует во времени ине может быть описана токовой системой с фиксированной конфигурацией.
Оба фактора всумме могут объяснить значительную часть большого разброса точек обнаруживаемого встатистическом анализе на рис. 2.5.2.2.6Обсуждение результатовИзначально построенный на идее разрушения части хвостового тока (и/или егоперенаправления в высокоширотную ионосферу), токовый клин впоследствии рассматривалсякак механизм, посредством которого магнитная энергия, запасенная в магнитном хвосте,высвобождается в результате магнитного пересоединения или другого процесса. Концепция71SCW дает не только объяснение наблюдаемых свойств магнитных возмущений в космосе и наповерхности Земли, но и предлагает способ оценки тока по наземным наблюдениям, еслипредполагать, что он равняется разрушенному току хвоста.
Однако в реальности ток,оцениваемый по среднеширотным магнитным наблюдениям, есть мера интегрального токасистемы суббури, втекающего и вытекающего из ионосферы на разных долготах. Как былоотмечено в начале главы, токовая система суббури может включать в себя меридиональнозамкнутую биполярную структуру продольных токов, большой интенсивности, схожую сПедерсеновским контуром в вечерней и утренней области авроральной зоны. Из-заотносительно небольшого разнесения областей втекания и вытекания продольных токов этойбиполярной структуры, ее магнитные эффекты на поверхности Земли достаточно малы,поэтому при анализе среднеширотных данных эти токи практически незаметны приинтерпретации.Суммируя результаты, приведенные в этой главе, можно отметить, что (1) однопетлеваямодель разумно воспроизводит распределение и порядок величины магнитных возмущений вмагнитосфере, но в то же время, (2) систематически наблюдаются большие по величинеотличия между предсказываемыми и наблюдаемыми амплитудами вариаций, что говорит онеобходимости кардинально пересмотреть классическую схему SCW.
В частности, используямодель FW как инструмент расчета модельного поля, мы получили, что, как правило, полныйток системы суббури, вызывающий магнитосферные возмущения, больше по величине, нежелитот, что оценивается по наземным среднеширотным магнитным возмущениям, и отношениеэтих токов достаточно изменчиво. Это заключение следует как из исследования отношенийпредсказываемых и наблюдаемых величин поля на геостационарной орбите и в долях хвоста,так и из сравнения двух независимых методов оценки ISCW, приведенных в п.
2.4.На данном этапе исследований не учитывались эффекты индукционных токов, включениекоторых в интерпретацию среднеширотных вариаций может количественно изменить результатв сторону увеличения расхождений. Главным эффектом индукционных токов являетсяувеличение горизонтальных компонент бухтообразных магнитных возмущений на величину,зависящую от распределения проводимости под поверхностью Земли и временных масштабоввозмущений; принятым значением коэффициента поправки является величина ~1.6 (Mareschaland Kisabeth, 1977; Vagina et al., 1997). Если учесть этот коэффициент, величина отношенияHOBS/HMOD изменится в большую сторону, в среднем на ~50%.Ранее в нескольких работах отмечалось, что полный ток суббури, оцененный посреднеширотным магнитным бухтам, может заметно отличаться от реальной величины72разрушенного и перенаправленного в ионосферу тока хвоста.
Одной из них является недавняяработа с использованием адаптивной магнитосферной модели и магнитных данных спутниковTHEMIS в период слабой суббури (Sergeev et al., 2011b). По данным моделирования ослаблениехвостового тока составило ~1 MA в течение первых 10 мин. взрывной фазы суббури, в то времякак оценки тока SCW по наземным данным показали всего ISCW ~ 0.1 MA. Другое похожееисследование провели Ritter and Lühr (2008), которые показали, что средняя величинанизкоширотных магнитных бухт у полуночного меридиана в период суббури была в два разабольше, чем соответствующие возмущения, зарегистрированные низковысотным спутникомCHAMP в том же секторе MLT.
Авторы объяснили это несоответствие дополнительнойазимутальной петлѐй полярности Зоны-2 (или типа R2, то есть, противоположной полярности ктоку Зоны-1 (R1) в токовом клине), которая дополняет токовую систему суббури восточнымэлектроджетом в ночной области низкоширотной ионосферы. С другой стороны, Amm and Fujii(2008) показали, что значительная часть вытекающего продольного тока в области авроральныхспиралей (похожих на Западный изгиб) может замыкаться окружающими распределеннымипродольными токами обратной полярности, в то время, как только треть вытекающего токазамыкается через высокопроводящий канал Каулинга (электроджет).Идея необходимости усовершенствования геометрии SCW для более точного описаниятоковой системы суббури не нова, она уже обсуждалась в нескольких работах, посвященныхмоделированию магнитосферных процессов в ближнем хвосте магнитосферы. Суммируярезультаты моделирования быстрых потоков плазмы, направленных к Земле, и вызванныхлокальным пересоединением в токовом слое, Birn et al (1999) обратил внимание на сложнуюэволюцию продольных токов в плазменном слое ближнего хвоста.
Авторы обнаружилиинтенсивные токи SCW полярности R1, генерируемые на флангах потока плазмы. Назавершающей стадии продвижения струи во внутреннюю магнитосферу, плазменное давлениевозрастает в области остановки потока (на границе квазидипольных силовых линий), генерируяазимутальныеградиентыдавленияи,какследствие,усилениепродольныхтоковпротивоположной полярности (Зоны-2, R2).Интенсивность системы R2, образующейся на более низких широтах в ионосфере, имеламеньшую величину, нежели токи полярности R1. В любом случае, локальная областьповышенного давления в районе остановки потока плазмы, которая ныне подтверждена,например, работой Dubyagin et al. (2010), является причиной генерации токов полярности R2,показанной зеленым контуром на рисунке 2.6.1., и усиления хвостового тока с утра на вечер.Для нас важно, что двухпетлевой контур SCW, показанный на рисунке 2.6.1 может качественно73Рисунок 2.6.1.
Двухпетлевая структуратокового клина как более реалистичнаяальтернатива классическому SCW.74объяснить два найденных нами важных эффекта, проиллюстрированных на рис. 2.5.3b и рис.2.5.3с.Степень вытянутости (сжатия) силовых линий ближнего хвоста магнитосферы в концепредварительной фазы суббури связана с расстоянием до области остановки потока плазмы игенерации токовой петли типа R2. При спокойной (квазидипольной) конфигурации магнитногохвоста (RCF ~ 0..3) область генерации токов R2 возможно находится дальше геостационарнойорбиты. В этом случае суммарный магнитный эффект, наблюдаемый спутниками GOES,является результатом частичного подавления эффекта диполизации, генерируемой током R1токами петли R2, имеющими обратную полярность (см. нижний рис. 2.6.2).
В этом случаесреднеширотные наземные станции и геостационарные спутники находятся в одинаковыхусловиях, то есть находятся внутри обеих токовых петель, и, таким образом, регистрируютодинаковый разностный эффект токов (I1–I2).Это объясняет, почему отношение HOBS/HMODприблизительно равно 1 при спокойных условиях. С другой стороны, в периоды болееинтенсивных суббурь при более сжатой конфигурации хвоста (RCF ~ 3..8) областьповышенного давления плазмы смещается ближе к Земле (см.
верхний рис. 2.6.2) и петля R2смещается внутрь геостационарной орбиты. (Эти эффекты будут впоследствии проверены вГлаве 3). В этом случае токи I1 и I2 в петлях R1 и R2 вносят положительный вклад в Hкомпоненту магнитного поля на спутниках GOES, другими словами, эффекты петельскладываются (I1+I2). Напротив, наземные станции при любых магнитосферных условияхостаются внутри обеих петель и, как следствие, всегда видят их разностный магнитный эффект(I1–I2).Аналогичным образом это может объяснять наблюдаемое уменьшение величиныотношения HOBS/HMOD в ходе развития взрывной фазы суббури, если принять во вниманиеизвестный факт движения в анти-Cолнечном направлении активной области разрушения тока(Baumjohann et al., 1999).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
