Диссертация (1149588), страница 19
Текст из файла (страница 19)
3.2.1b).В терминах модели SCW2L величина ΔBZ на спутнике THEMIS контролируется главнымобразом интенсивностью петли R1, в то время как среднеширотные наземные возмущениягенерируются суммарным эффектом петель R1 и R2 противоположных полярностей. Вдействительности, амплитуды среднеширотных бухт пропорциональны I1 − k2I2, где k2 ≥ 1 –коэффициент коррекции, связанный с меньшим расстоянием от точки наблюдения наповерхности Земли до токов петли R2 по сравнению с расстоянием до токов R1. В этом случаеотношение наблюдаемых ΔBZ (на спутниках THEMIS) к предсказываемых моделью ΔBZmod1(определенных по среднеширотным наблюдениям) пропорционально ΔBZ / ΔBZmod1 ~ I1 ∕ (I1−k2I2). Это масштабирование, выраженное в терминах отношения I2/I1, показано на рис.
3.5.3 направой оси (для значения k2 = 1.3, вычисленного из отношения максимальных амплитудкрасной и черной магнитной бухты на рис. 3.2.1b).Что касается событий с величиной отношения ΔBZ/ΔBZmod1 ~ 1 для спутников GOES прибольших значениях BZ0 на рис. 3.5.3, эти случаи соответствуют ситуации, когда обе точкинаблюдения (на поверхности Земли и на геостационарной орбите) находятся внутри обеихпетель R1 и R2. В такой ситуации и спутники, и станции наблюдают разностный магнитныйэффект двух токовых петель (I1–I2).3.6Обсуждение результатовВ данной главе были приведены наблюдения токового клина суббури пространственнораспределеннойгруппойспутников,позволяющейрассмотретьрадиальныйпрофильвертикальных компонент магнитных возмущений (ΔH и ΔBZ) с пространственнымразрешением ~ 1–2 Re и определить интенсивность и экваториальное положение токовой петлитипа R2.
Основная цель – протестировать двухпетлевую модель SCW2L с помощьюспутниковых и наземных наблюдательных данных и проверить еѐ способность более точновоспроизвести магнитные эффекты диполизации при разрушении хвостового тока в ближнемхвосте магнитосферы (r < 12 Re). Также целью являлось протестировать модель в качествеулучшенного инструмента мониторинга токовой системы суббури в сравнении с классическойоднопетлевой геометрией SCW. Два основных достижения могут быть сформулированыследующим образом.1091) Амплитуды диполизации на расстояниях r = 6.6 Re и 11 Re систематическиотличаются (в 1.5..5 раз) от оценок классической моделью SCW с параметрами,полученными при интерпретации наземных возмущений (рис. 3.5.3).
Двухпетлеваямодель SCW2L уменьшает это несоответствие путем компенсации величин наземныхвозмущений на величину() (с медианным значением f = 2 в интервале 1.3..5)за счет суммарного эффекта петель R1 и R2 разных полярностей. При этом требуемоезначение отношения интенсивностей токов лежит в интервале I2/I1 ~ 0.2..06 смедианным значением 0.4.2) Амплитуды диполизаций, наблюдаемых во внутренней магнитосфере вблизицентрального меридиана токового клина на расстояниях 6.6 и 11 Re систематическиотличаются друг от друга, и их отношение зависит от степени вытянутости магнитнойконфигурации ближнего хвоста (т.е. от BZ0 на геостационарной орбите), см. рис. 3.5.2.В терминах модели SCW2L эта зависимость объясняется магнитными эффектамиэкваториального тока петли R2, чье положение систематически зависит от геометрииближнего хвоста магнитосферы. Реальность узкого (~1 Re) западного тока на фронтедиполизаций подтверждается многоспутниковыми наблюдениями, описанными в п.3.4.
Как показано на рисунках 3.4.4 и 3.4.5, модель SCW2L способна воспроизводитьвеличины магнитных возмущений во внутренней магнитосфере и, одновременно, насреднеширотных станциях. Модель обеспечивает разумное приближение длятрехмерныхвозмущений,связанныхскрупномасштабнойдиполизациейвовнутренней магнитосфере (вызванной SCW) на временных масштабах ~30 мин и даѐтлучшие результаты интерпретации наблюдательных данных по сравнению склассической однопетлевой моделью SCW.Тесная пространственно-временная связь между локализованным западным током(замыкающим петлю типа R2 в экваториальной плоскости), фронтами диполизации и резкойграницей на которой меняются свойства плазменного слоя (фронт инжекций плазмы), которыебыли недавно исследованы в случае кратковременных прохождений фронтов диполизации (Δt ~1–2 мин), теперь подтверждена и для более длительных бухтообразных диполизаций,отражающих эффекты SCW.
Несмотря на то, что детали замыкания продольных токовпоперечным западным током вблизи скоротечных диполизаций все еще на стадии обсуждения,похожая двухпетлевая геометрия перемещающихся фронтов BBF и стационарных диполизацийподдерживает мнение, что SCW может быть результатом инжекции и накоплениядиполизованных магнитных трубок вблизи границы внутренней магнитосферы.110События 4 и 8 Апреля 2009 г., исследованные в данной главе, были проанализированы спомощью удачно расположенной группы спутников, которые зафиксировали диполизации (самплитудой возмущений ΔBZ ~ 15 нТл на расстоянии r ~ 11 Re) и соответствующие признакиинжекции плазмы (см.
рис. 3.4.2 и 3.4.6). Эти два события также имели признаки суббурь наповерхности Земли, включая интенсивные магнитные Pi2-пульсации, характерные для SCWсреднеширотные возмущения, и авроральный брэйкап, за которым следовало локализованноепо долготе и широте полярное расширение аврорального овала. Однако интенсивностьназемных возмущений была достаточно малой, и брэйкап начался на достаточно высокихширотах (~69o CGLat), что соответствует дипольной конфигурации магнитного поля хвоста,наблюдаемой перед началом взрывной фазы суббури.Рисунок 3.5.2 дает полезную информацию о возможных положениях тока R2 взависимости от степени вытянутости силовых линий фонового поля. Относительно малаявеличина амплитуды диполизации на геостационарных спутниках GOES (ΔBZTH ∕ ΔBZG > 2)указывает на события, когда диполизация, связанная с эффектами токового клина развиваетсяза геостационарной орбитой.
Это обычно соответствует квазидипольной конфигурацииближнего хвоста, когда фоновое поле на спутниках GOES превышает значение 80 нТл иприближается к его величине в случае диполя (105 нТл на геостационарной орбите). К такимсобытиям относятся две суббури, описанные и проанализированные в п. 3.4, в течение которыхвеличина BZ0 составляла ~95 нТл на G-11 и фронт диполизации достигал максимально близкогоположения на расстоянии 8.6 Re (8 Апреля 2009) и 9.6 Re (4 Апреля 2009). С другой стороны, тесобытия, которые возникли в условиях сильно вытянутой конфигурации ближнего хвоста (BZ0< 60 нТл), обычно показывают признаки интенсивных диполизаций на геостационарныхспутниках (ΔBZTH ∕ ΔBZG ≤ 1, см. рис.
3.5.2), что предполагает генерацию токов петли типа R2внутри геостационарной орбиты в этих случаях. В промежуточном диапазоне 60 < B Z0 < 80нТлтоки R2 развиваются вблизи геостационарной орбиты. Полученный диапазон радиальныхположений экваториального тока R2 (5–8 Re) соответствует характерному диапазонурасстояний до крупномасштабных токов R2 в ночной магнитосфере, согласно исследованиямIijima et al.
(1990).Недавно Sergeev et al. (2012) исследовали инжекции плазмы в область геостационарнойорбиты спорадическими течениями плазмы (BBF) и показали, что возникновение инжекцийплазмы в основном контролируется вытягиванием магнитного хвоста (авторы использовалипараметр энтропии магнитных трубоккак меру вытянутости). Расчеты по модели TS-05(Tsyganenko, 2005), приведенные на рис. 7 в работе этих авторов, были перестроены ипредставлены на рис. 3.6.1 в виде зависимости вероятности инжекций в зависимости от111Рисунок 3.6.1. Зависимость вероятностипоявленияинжекциивобластигеостационарнойорбитыотконфигурации фонового поля BZ0 нагеостационарной орбите (на 2h MLT),вычисленная по списку брэйкапов(Boakes et al., 2011); величина BZ былавычислена с использованием модели TS05 с входными параметрами, взятыми изхарактеристик Солнечного ветра (болеедетальное описание см.
в Sergeev et al.(2012)).112величины BZ0 на геостационарной орбите, по аналогии с рис. 3.5.2. Статистика по инжекциям,представленная на рис. 3.6.1, подтверждает большую вероятность инжекций плазмы нагеостационарную орбиту в случае сильно вытянутой конфигурации поля (BZ0 < 60 нТл). В то жевремя эта вероятность невелика для случаев квазидипольной конфигурации (BZ0 < 75нТл),показывая, что внутренний край SCW2L и область остановки движущихся во внутреннююмагнитосферу диполизованных трубок (BBF) показывают одинаковую динамику.Согласно Sergeev et al. (2012), магнитная конфигурация не единственный фактор,контролирующий глубину проникновения инжекций.
Другим фактором является упомянутая вп. 3.1 энтропия трубок внутри потока плазмы (малые величины энтропии необходимы дляболее глубокого проникновения потока). Это может частично объяснять, почему отношениеΔBZTH∕ΔBZG так изменчиво в диапазоне 60 < BZ0 < 75нТл. Другой причиной большойизменчивости этого отношения могут являться большие градиенты BZ вблизи экваториальноготока R2 (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
