Диссертация (1149588), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Это может объясняться поляризацией западного и восточногокрая BBF, на которых генерируются, соответственно, вытекающий и втекающий продольныетоки, замыкающие через ионосферу разрушенную часть хвостового тока (см. рис. 1.1.4).Множество таких плазменных струй генерирует множество элементарных (малых) SCWсистем, которые позднее объединяются в одну общую крупномасштабную токовую системуSCW. Экспериментально такая точка зрения была подтверждена в работе Liu et al.
(2013).Положения спутников, наблюдавших ускоренные потоки плазмы в периоды взрывнойфазы суббури (BBF), были сопоставлены Yahnin et al. (2006a) с положением авроральнойвыпуклости. Авторы анализировали изменения параметров плазмы и магнитного поля уобласти растекания плазмы или предполагаемой области пересоединения. Им удалось показатьвзаимосвязь области авроральных сияний в периоды суббурь и области растекания быстрыхпотоков плазмы на расстояниях 10–30 Re. Проецирование спутников вдоль магнитных силовыхлиний в ионосферу показало, что положение источника плазменных струй (предположительнойобласти пересоединения) примерно совпадает с полярной границей авроральной выпуклости.Также авторы заключили, что область генерации расходящихся потоков плазмы соответствуетобласти разрушения хвостового тока, а движение источника плазменных струй от Землисоответствует движению области разрушения тока в анти-Солнечном направлении.
Этотрезультат показывает, что область пересоединения и активные сияния в ионосфере сопряженымежду собой, что позволяет использовать количественную информацию о площадиавроральной выпуклости (из снимков авроральных сияний) в качестве меры диссипациимагнитного потока в ближнем хвосте. Также площадь авроральной выпуклости может служитьмерой диссипации энергии в магнитосфере и ионосфере в периоды суббурь (Yahnin et al.,2006b).
Важно также то, что токовая система суббури, развивающаяся в период взрывной фазы,25Рисунок 1.1.4. схема, показывающаягенерациюпродольныхтоковнаполяризованныхкраяхBBF(иослабляющуюсявнутриплазменногопузыря часть хвостового тока), иионосферную проекцию узкого потокаплазмы, связанную с расширяющейся кэкваторуавроральнымсияниемиавроральными стриммерами. Материалвзять из статьи Nakamura et al. (2001).26и которая согласно концепции McPherron et al. (1973b) является частью разрушенного токахвоста, тесно связана с потоками плазмы из ближнего хвоста магнитосферы (см. выше), иявляется одной из причин образования авроральной выпуклости (Vasilyev et al., 1986;Tsyganenko, 1997; Cowley, 2000; Nikolaev et al., 2015).После достижения максимального расширения области ярких сияний, уменьшенияоткрытого магнитного потока в долях хвоста и ослабления хвостового тока и пика активностипродольных токов SCW, генерации ускоренных к Земле потоков плазмы и т.д., взрывная фазапереходитвфазу восстановления.
Фаза восстановления, традиционно относится кпостепенному возвращению магнитосферы в спокойное состояние, при котором магнитнаяактивность в течение ~60-120 мин. спадает: авроральная выпуклость постепенно сжимается,при этом постепенно уменьшается интенсивность сияний, токи систем суббури постепенноослабевают, а конфигурация магнитных силовых линий возвращается к квазидипольнойконфигурации.Магнитосферная суббуря явление достаточно сложное и, как уже было отмечено, не имеетжесткой структуры. Центральным объектом исследований в диссертационной работе являетсятоковый клин суббури, и основное внимание будет сконцентрировано на исследованиислабых/сильных и меняющихся на масштабах минут-десятка минут бухтообразных магнитныхвозмущений, тесно связанных с генерацией SCW и авроральными явлениями высокоширотнойночной ионосферы.1.2Токовый клин суббуриИнтерпретация магнитных возмущений, связанных с динамикой авроральных явлений,началась более 100 лет назад с наблюдений изменений геомагнитного поля Биркеландом в1902-1903 г.
(Birkeland, 1908), но более подробное описание этой взаимосвязи последовалозначительно позже. Ранние попытки понять причину магнитных вариаций ограничивалисьскудным количеством магнитных наблюдений и поэтому первые теории фокусировались наописании токовых систем, формируемых в ионосфере, т. н. эквивалентные токовые системы(Kamide et al., 1976). Статистический анализ данных с нескольких наземных станций показал,что наблюдаемые изменения магнитного поля могут быть объяснены в терминах ионосфернойтоковой системы, состоящей из двух вихрей (т.н. ‗disturbance polar of the second type‘ или DP-2(Nishida, 1971)), центрированных на долготах, соответственно, утреннего и вечернеготерминатора (Chapman, 1935; Chapman and Bartels, 1962).
С другой стороны, Akasofu et al.27(1965) утверждали, что токовая система суббури представляет собой один вихрь (DP-1),расположенный около полуночного меридиана.С увеличением наблюдательных данных стало понятно, что обе токовые системысуществуют и развиваются в разные фазы магнитной активности (рис. 1.2.1). Токовая DP-2система, известная ныне как двухвихревая система конвекции, возникает в периодподготовительной фазы суббури и имеет прямое отношение к глобальной конвекциимагнитного поля и плазмы под действием солнечного ветра. Еѐ эквивалентные токи,соответствующие холловским токам (рис. 1.2.2с), показывают направление дрейфа частиц иконвекции плазмы в ионосфере и магнитосфере.
Но сама по себе эта токовая система двумернаи неполна, соответственно, для приближения к реальной трѐхмерной токовой системе онатребует дополнения продольными токами зон I и II, замыкающимися на уровне ионосферыпедерсеновскими токами (рис. 1.2.2d).Токовая система DP-1 возникает только в периоды взрывной фазы суббури и связана сразрушением утро-вечернего тока, диполизацией магнитных силовых линий ближнего хвоста, атакже генерацией на поверхности Земли вариаций компонент магнитного поля, идентичныхтем, что генерируются системой, которую мы называем токовым клином суббури.
Ионосфернаячасть SCW представляет собой западный электроджет (западную электрострую), являющийсячастью эквивалентной токовой системы DP-1. Но еще Биркеланд в 1913 году предполагалвозможность втекания тока из магнитосферы в авроральную зону вдоль магнитных силовыхлиний, то есть трѐхмерность электрических токовых систем, которые связывают ионосферу имагнитосферу. Он первым предположил существование двух токовых систем с простойгеометрией, соединяющих две области. Первая система представляла собой втекающий измагнитосферы ток вдоль силовой магнитной линии, протекающий небольшое расстояние свостока на запад и вытекающий тем же путем обратно в магнитосферу.
Вторая токовая системапредставляла собой токовые слои, втекающие на одном краю аврорального овала,замыкающиеся на севере или юге через овал и вытекающие на другом его краю (Birkeland,1913). Эти токовые системы с простой структурой получили названия систем Типа 1 и Типа 2(Bostrom, 1964).Долготные профили вариаций магнитных компонент поля ΔH и ΔD, наблюдаемые наповерхности Земли и создаваемые трехмерным токовым клином, изображены на нижнем левомрисунке 1.2.3.
Как уже было отмечено, эквивалентной двумерной токовой системой для SCWявляется ионосферная система DP-1, которая является основной для взрывной фазы суббури.Gizler et al. (1976), анализируя бухты возмущений на полярных и низких широтах в периоды28Рисунок 1.2.1. Эквивалентные токовыесистемы DP-2 и DP-1 (Сергеев и Цыганенко,1980).Рисунок1.2.2.a)распределениепроводимостивионосфере;b)распределение проекций электрическихполей вдоль магнитных силовых линий; c)холловские токи; d) продольные токи зон I иIIиихионосферноезамыканиепедерсеновскими токами (Baumjohann andTreumann, 1996).Рисунок 1.2.3.
(вверху) Токовая системасуббури как часть разрушенного хвостовоготока, отображенного вдоль магнитныхсиловых линий в ионосферу; (внизу)долготныепрофиливариациигоризонтальных наземных H- и D-компонентмагнитного поля, регистрируемых наповерхности Земли и вызванных эффектамипродольных токов SCW (McPherron et al.,1973b).29суббурь показали, что возмущения DP11 и DP12 различны не только по морфологическомупризнаку, но и по происхождению. Авторы показали, что DP12 преимущественно относятся квозмущениям от чисто ионосферных токов, в то время как возмущения DP11 генерируютсяБиркеландовскими продольными токами.
Учитывая вышесказанное и результат авторов, можнозаключить, что основной вклад в амплитуду бухтообразных вариаций H- и D-компонентмагнитного поля (ΔH и ΔD) системы DP11 вносят продольные токи токового клина. При этом,изучая профили долготного распределения низко- и среднеширотных компонент ΔH и ΔD,можно оценить как интенсивность токового клина, так и положение долгот его продольныхтоков. На нижнем левом рисунке 1.2.3 приведен пример расчета долготного профилягоризонтальных компонент поля (характерного для взрывной фазы суббури) для продольныхтоков северного полушария с интенсивностью I = 1 MA и азимутальным раствором петли 70o(McPherron et al., 1973b). Положение западного (восточного) продольного тока SCWсоответствует пику положительной (отрицательной) бухты ΔD-компоненты магнитного поля, ацентральная долгота азимутального сектора SCW соответствует долготе, на которойнаблюдается положительный пик ΔH-компоненты поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
