Диссертация (1149588), страница 20
Текст из файла (страница 20)
3.2.1).Результаты, приведенные в этой главе, показывают, что отношение интенсивностей токовR2 и R1 варьируется в широком диапазоне от 0.2 до 0.6 (со средним значением 0.4) умаксимума магнитной бухты. Отношение I2/I1 играет важную роль в установлениимагнитосферно-ионосферной связи по двум причинам: (1) оно имеет отношение кпроникновению электрического поля (или экранированию конвекции плазмы) во внутреннейобласти и (2) знание этого параметра необходимо при мониторинге амплитуды разрушенноготока хвоста по данным среднеширотных магнитных возмущений. В последнем случае,классическая модель SCW недооценивает величину разрушенного тока R1 примерно в 1.5..2раза, по сравнению с результатами SCW2L модели.
Широкий диапазон отношений I2/I1 являетсятакже интересной темой для исследования, так как она может прояснить важные вопросымагнитосферно-ионосферных связей и наличия разных типов замыкания токовых систем.113Глава 4. Деформация магнитосферного магнитного поля токовой системойсуббури4.1ВведениеВ периоды сильных возмущений полный ток SCW может превышать по величине 1 МА изначительноменятьмагнитнуюконфигурациюближнегохвостамагнитосферыи,соответственно, ионосферные проекции из ближней области магнитосферы. В то же время, винтенсивных продольных токах (в особенности, вытекающих из ионосферы) ускоряютсявысыпающиеся электроны, которые вызывают свечение атмосферы в авроральной области(полярные сияния) (Waters et al., 2001).
Поэтому реконфигурация хвоста, вызванная токовымклином, и соответствующие изменения проекций вдоль силовых линий поля из магнитосферы вионосферу должны отражаться в картине сияний, которые, в свою очередь, могут датьинформацию об этих изменениях. Как пример приведем расширение авроральной области кполюсу, которое сопровождается формированием выпуклости с интенсивными сияниями.
Этотбазовый признак взрывной фазы суббури традиционно связывают с разрушением хвостовоготока и магнитным пересоединением в магнитном хвосте (Roux et al., 1991; Yahnin et al., 2006b;Kubyshkina et al. 2011), хотя эта взаимосвязь основана на достаточно ограниченном количестведоказательств (см. например обсуждение в Keiling et al., 2012).Количественная оценка вклада продольных токов в картину деформаций ионосферныхпроекций в течение диполизации и аврорального расширения к полюсу рассматривалось ранеев нескольких работах.
Однако в этих работах использовалась идеализированная модельтокового клина с бесконечно тонкими проволочными контурами, построенным по моделямдипольных силовых линий или ранним эмпирическим моделям геомагнитного поля (Vasilyev etal., 1986; Kaufmann and Larson, 1989; Tsyganenko, 1997) о которых уже частично упоминалось вгл. 1.3. Изучение влияния токов SCW2L на конфигурацию ближнего хвоста является важнымвопросом, требующим систематического исследования. В данной главе будут: (1) рассчитаныдеформации проекций нейтрального слоя ближнего хвоста в ионосферу, вклад SCW2L ввеличины этих искажений, а также обсуждены ожидаемые авроральные формы деформаций; (2)даны оценки амплитудам полярного расширения с помощью меняющихся во времени иадаптированных под наблюдения моделей (SCW2L и адаптивная модель AM03), результатыкоторых мы сравним с наблюдаемой величиной полярного расширения сияний для двухизолированных магнитосферных суббурь.1144.2 Моделирование искажений ионосферных проекций, генерируемых токовым клиномДля исследования деформаций ионосферных проекций была использована модельSCW2L, описанная в гл.
2 и 3. Объем трубок с током контролируется параметром D0 ~ R3/2(меняющимся от 0.5 до 2 Re в интересующей экваториальной области), степень вытянутостисиловых линий ближнего хвоста магнитосферы параметром RCF (меняющимся от 0 придипольной конфигурации до 8 при сильно вытянутой конфигурации), расстояние доэкваториального сегмента петли R1 в расчетах зафиксировано (RT1 = 15 Re). Вблизиэкваториального сегмента токовой петли типа R1 и на больших расстояниях модель не можетобеспечить реалистичного описания электрических токов, текущих в окрестности областипересоединения в плазменном слое.
Однако, как было показано в гл. 3, амплитуда ираспределение диполизации ΔBZ в области между двумя петлями (на расстояниях <12 Re) слабозависит от расположения экваториальной части петли R1.Рисунок 4.2.1, а также рис. 3.2.1c–d помогают установить область применимости моделиSCW2L, ограниченную в основном внутренней магнитосферой, где модель достаточно точноописывает эффекты диполизации. В случае если величина магнитного возмущения,создаваемого экваториальным током, превосходит величину фонового поля BZ, вокруг токовогофиламента образуются замкнутые на себя магнитные силовые линии (см. рис.
4.2.1). Область сюжным направлением вектора поля BZ, топологически не связанного с ионосферой,формируется за экваториальным токовым сегментом R1 (на расстояниях > 15 Re). Эти двеособенности модели учитывались при анализе деформаций линий геомагнитного поля ипроецировании точек нейтрального слоя.4.2.1 Качественный анализ деформаций геомагнитного поля моделью SCW2LФоновое магнитное поле и магнитное поле возмущений SCW2L являются трѐхмернымивекторными полями со сложным распределением. Чтобы наглядно охарактеризоватьдеформации магнитного поля в период взрывной фазы суббури, использовался метод, вкотором набор дуг окружностей в ночной экваториальной плоскости ближнего хвоста(эквидистантных контуров в промежутке расстояний 4–20 Re, см рис.
4.2.2) проецируется вдольмагнитных силовых линий фонового поля (IGRF+T89) в ионосферу. Затем эта процедураповторяется с добавлением поля SCW2L к фоновому полю и оценивается изменение картинпроекций. Технически, координаты токового слоя находятся в области смены знака радиальной115Рисунок4.2.1.Геометриянедеформированных магнитных силовыхлиний, построенных с помощью моделейгеомагнитногополяIGRF+T89(изображены в виде токонесущихцветных линий); геометрия искаженныхсиловыхлинийпридобавленииэффектов SCW2L (черные линии).Зеленые и красные стрелки показываютнаправлениявозмущенийΔBZ,генерируемых петлей R2 и R1,соответственно.Рисунок 4.2.2.
Магнитосферная картинасмещений проекций точек нейтральногослоя в терминах геоцентрического угла α(см. цветовую палитру) при добавленииэффектов SCW2L к модели фоновогополя IGRF+T89. Параметры моделиSCW2L: I1 = 1 MA, I2 = 0.5 MA, RT1 = 15Re, RT2 = 6 Re, RCF = 6, азимутальнаяширина токового клина 50o.Рисунок 4.2.3. Ионосферная картинаэкваториальных геоцентрических арок(радиус отмечен для выбранных арок).Красные линии показывают проекции,построенныеспомощьюмоделифонового поля IGRF+T89; зеленыепоказывают проекции тех же точек(арок)спомощьюмоделиIGRF+T89+SCW2L.Положениевтекающихивытекающихтоковпоказано, соответственно, крестами иромбами. Конфигурация модели SCW2Lаналогична выбранной конфигурации нарис.
4.2.2.116компоненты поля Br (BX). Далее,с азимутальным шагом Δφ = 0.2o SMLon и радиальным ΔR =0.25 Re генерируется массив точек дуг в нейтральном слое, каждая из которых вдольмагнитных силовых линий дважды проецируется в ионосферу на высоту R = 1.02 Re(соответствует высоте h = 120 км): сначала с помощью модели фонового поля IGRF + T89, азатем с помощью модели IGRF + T89 + SCW2L. Для трассирования точек вдоль линий поляиспользовалсяпакетGeopack_2008(http://geo.phys.spbu.ru/~tsyganenko/Geopack-2008.html).Угловое смещение между проекциями одной точки (величина центрального угла смещения)служит количественной мерой влияния SCW на деформацию магнитных силовых линий поля.В этом уравнении R = 1.02 Re, а [x1, y1, z1] и [x2, y2, z2] — координаты проекций каждоймагнитосферной точки на уровень ионосферы в двух трассированиях.Пример распределения величин смещения проекций в экваториальной плоскостиприведен на рис.
4.2.2; каждая точка азимутальной дуги покрашена цветом, соответствующимвеличине α. Как упомянуто выше, область применимости в анализе деформаций ограничиваетсяобластью лежащей ближе к Земле (<12 Re). В области замкнутых магнитных петель вблизи R1и за ним (серая область) нет точек, проектирующихся в ионосферу. Экваториальную диаграммусмещений следует рассматривать совместно с ионосферной картиной проекций, приведеннойна рис 4.2.3, для того чтобы можно было охарактеризовать геометрию смещений проекций.
Науровне ионосферы показаны два семейства кривых, являющихся проекциями точекгеоцентрических дуг нейтрального слоя в ионосферу, которые получены с моделью фоновогополя (IGRF+T89, красные линии) и модели с добавлением эффектов SCW2L (зелѐные линии).Такое представление проекций точек нейтрального слоя позволяет наглядно и количественнорассмотреть разные типы деформаций геомагнитного поля, что является полезным приобсуждении возможных авроральных форм сияний.Сопоставление рис.
4.2.2 и 4.2.3 выявило три характерные области деформаций проекций.Первая область наиболее важная и находится она в области диполизации между петлямивнутри азимутального сектора SCW. В ней величина ΔBZ вариаций, генерируемых SCW2L,положительная и может превышать BZ0 компоненту фонового поля: здесь силовые магнитныелинии поднимаются круче в направлении Z (см. рис. 4.2.1), проходят на большем расстоянии отнейтрального слоя и попадают на более высокие широты. На уровне ионосферы областьдиполизации соответствует области значительного смещения проекций к полюсу. На примере,приведенном на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
