Диссертация (1149666), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Так на высокоширотной станции Туле(84.4o г.м.ш.) в северном полушарии, когда ММП имело положительную полярность, в вертикальной компоненте геомагнитного поля наблюдались отрицательные отклонения от среднесуточного уровня. Наоборот, в случае ММП отрицательной полярности геомагнитное поле демонстрировало положительные отклонения в Z компоненте. Примеры данных геомагнитных вариаций из работы Свальгарда [3] приведены на рис. 1.3. Эта закономерность получила названиеэффекта Свальгарда-Мансурова.
Позднее Фрис-Кристенсен и Вильем [8] установили, что исследуемые вариации вызваны эквивалентной ионосферной токовой системой DPY (DisturbancePolar current powered by azimuthal Y component of the IMF). Система расположена на геомагнитной широте ∼80o . Направление и интенсивность этих токов определяются знаком и величинойY компоненты (азимутальной) межпланетного магнитного поля. В большинстве случаев знакBY совпадает c полярностью ММП. Непосредственно под DPY токовой системой возникаютвариации в горизонтальной H компоненте геомагнитного поля, а в вертикальной Z компонентевариации противоположны по разные стороны от DPY.Таким образом, исследуя соответствующие вариации компонент геомагнитного поля, можновосстанавливать полярность ММП. Это даёт возможность реконструировать секторную структуру ММП для периодов, когда спутниковые измерения не проводились.
Первые методы, решающие данную задачу, были представлены Свальгардом [9–11] и Мансуровым [12, 13]. На осно-ве геомагнитных данных H компоненты субавроральной станции Годхавн, Свальгарду удалосьвосстановить полярность ММП вплоть до 1926-го года. Веннерстрём с соавторами разработаламетод, который на основе геомагнитных данных субавроральной станции Ситка, позволил восстановить полярность вплоть до 1905-го года [14]. Ещё один метод был представлен Берти исоваторами [15]. Данные методы будут разобраны в главах 2 и 3.12Глава 2Геомагнитные данные2.1 Обзор геомагнитных данныхКак уже было сказано выше, нам известно о четырёх подходах к проблеме восстановлениясекторной структуры ММП в доспутниковый период.
Это методы Свальгарда [9–11], Мансурова [12, 13] и групп Веннерстрём [14] и Берти [15]. Данные работы отличаются друг от друга нетолько методиками, но и используемыми в них геомагнитными данными. Выбор станции определяет не только точность метода, но и возможность реконструкции секторной структуры в тотили иной период.В данной работе важным приоритетом является именно то, насколько глубоко в прошлоеможно восстановить полярность ММП.
Поэтому сначала будут рассмотрены все перечисленные выше методы в порядке увеличения “интервала покрытия” доспутникового периода. Основной задачей для Мансурова было восстановление полярности ММП с максимальной точностью.Поэтому определение полярности производилось только по вариациям вертикальной компоненты геомагнитного поля полярных станций, то есть расположенных на геомагнитных широтахΦc > 80o .
Важным также было наличие данных как из северного полушария, так и из южного.Это обеспечивало высокую надежность восстановления полярности ММП как летом, так и зимой. Поэтому в своем каталоге [13] Мансуров приводит данные, начиная с 1957-го года, когдастали одновременно доступны геомагнитные наблюдения полярных станций северного полушария — Туле и Резолют Бэй, и южной станции Восток.
Подробная информация о географическихи геомагнитных координатах станций представлена в Таблице 2.1, там же указаны периоды работы станций. Положение станций также можно увидеть на рис. 2.1 Таким образом, наложениетаких “жестких” условий приводит к тому, что интервал определения полярности в доспутниковый период составляет всего лишь 8 лет (учитывая, что ежедневные спутниковые измеренияММП доступны с 1965-го года).
Тех же принципов придерживались и Берти с соавторами [15],используя геомагнитные наблюдения станций Туле и Восток.Свальгард обнаружил, что вариации горизонтальной компоненты геомагнитного поля настанции Годхавн также зависят от секторной структуры ММП [11]. Но так как эта станция расположена на геомагнитной широте Φc = 77.5o , то есть гораздо ниже полярных станций, эффект13Таблица 2.1: Список станций, использовавшихся для восстановления полярностив работах Свальгарда, Мансурова и Веннерстрём.СтанцияГеог.коор-тыГеом.коор-ты (2014) Период работыВосток78.5S;106.9E83.8S1958–2010Туле77.5N;290.8E84.4N1947–2010Резолют74.7N;265.1E82.5N1957–2010Годхавн69.3N;306.5E74.8N1926–2006Ситка57.1N;224.7E59.7N1902–2010Соданкила67.4N;26.6E64.2N1914–2009Свальгарда-Мансурова здесь слабее — вариации имеют меньшую амплитуду.
Однако, Годхавнв некотором смысле уникальна — это первая геомагнитная станция, обеспечившая измерениягеомагнитного поля в субполярной зоне (с 1926-го года). И хотя восстановление полярностипо одной станции северного полушария — менее надежный способ, критиковавшийся также зазависимость результатов от геомагнитной активности [16], благодаря этим данным Свальгардуудалось восстановить секторную структуру ММП за значительно более длительный период, начиная с 1926-го года. При этом качество восстановленной полярности предположительно оставалось на высоком уровне.
Сравнение со спутниковыми наблюдениями показало, что полярность,восстановленная с помощью геомагнитных данных станции Годхавн, была определена верно в∼80% случаев [11].Долгое время каталоги Свальгаарда и Мансурова были единственными источниками инфор-мации о секторной структуре ММП в доспутниковую эпоху.
Но в 2001-м году Веннерстрём ссоавторами [14] возродила интерес к эффекту Свальгарда-Мансурова и реконструкции секторной структуры в прошлом. Один из важных выводов этой работы состоял в том, что влияниеионосферной токовой системы DPY, ответственной за эффект Свальгарда-Мансурова, распространяется и на субавроральные широты 50o < Φc < 70o . В качестве доказательства, для восстановления полярности ММП Веннерстрём использует геомагнитные данные субавроральныхстанций Ситка и Соданкила (Φc = 59.8o и Φc = 63.6o ). Сравнение результатов со спутниковымиизмерениями показало, что точность метода при этом составляет ∼ 75% и ∼ 73% совпаденийсоответственно.
Более того, так как эти станции были основаны раньше, чем станция Годхавн,Веннерстрём удалось расширить каталог полярностей вплоть до 1905-го года.Таким образом, по данным субавроральных станций можно реконструировать секторнуюструктуру в прошлом. Несмотря на то, что надежность метода при использовании таких геомагнитных данных несколько меньше, их значение нельзя недооценивать. Исторически сложилосьтак, что с развитием интереса к земному магнетизму в начале 19-го века первые геомагнитныестанции начали появляться в Европе, то есть на средних и субавроральных широтах.
Как ужеговорилось, первые полярные станции появились гораздо позднее, лишь в 20-м веке. Поэтомув нашей работе было решено исследовать возможность восстановления полярности с помощью14Resolute (82.5)Thule (84.4)Sodankyla (64.2)Godhavn (74.8)Sitka (59.7)Vostok (−83.8)Рисунок 2.1: Положение геомагнитных станций, наблюдения которых использовались длявосстановления полярности в работах [9–15]. В скобках указана геомагнитная широта.наблюдений первых европейских станций.
На сегодняшний день существенная часть архивныхгеомагнитных данных доступна в цифровом виде и готова к применению. Однако, до сих пороцифрованы не все имеющиеся измерения геомагнитного поля. Следующий раздел посвященописанию используемых в работе геомагнитных данных, их обработке и анализу.2.2 Геомагнитные наблюдения в 19-м веке2.2.1 ВведениеС открытием Хансом Кристианом Эрстедом электромагнитного взаимодействия и позже, благодаря таким известным физикам, как Фарадей и Ампер, теоретические исследования геомагнетизма в 1820-х годах стали усиленно развиваться.
К этому времени точность инструментов дляизмерения геомагнитного поля значительно возросла по сравнению с 18-м веком, и в Европеначали появляться постоянно действующие геомагнитные обсерватории. Одна из первых такихобсерваторий была основана в Париже уже в 1810-х годах. Ведущей фигурой геомагнитного15сообщества в начале 19-го века был Александр фон Гумбольдт. В основном его усилиями сетигеомагнитных станций появились в Великобритании, Франции, Германии и России. С 1836-гогода устройство обсерваторий и производство измерений стали регулироваться ГёттингенскимМагнитным Союзом, международной организацией основанной в Гёттингене и возглавляемойКарлом Гауссом и Максом Вебером.
За небольшой промежуток времени в 1840-х более 20 геомагнитных обсерваторий было организовано по всему миру.Ведущим российским ученым в области геомагнетизма и метеорологии был Адольф Купфер (рис. 2.2).В 1820—1821 годах в Гёттингенском университете онпрослушал курс лекций знаменитого Гаусса, после чего приехал в Петербургскую Академию наук и Горныйинститут для подготовки диссертации по минералогии.Начиная с 30-х годов 19-го века по предложению Гумбольдта основное внимание Купфера было направлено на создание сети магнитных и метеорологическихРисунок 2.2: Адольф Купфер.обсерваторий. Поддержку Купфер нашел в Российскомправительстве (в лице министра финансов Канкрина) иу горнопромышленников.
В 1833-м году он составил проект учреждения системы магнитных иметеорологических наблюдений в различных местах Российской империи. В Санкт-Петербургеже планировалось создать обсерваторию, названную позже Главной физической обсерваторией(ГФО), в которой, кроме собственных наблюдений, должны были готовить наблюдателей дляостальных обсерваторий и сосредоточить все материалы наблюдений, их обработку, контроль ипубликацию. В 1834-м году проект был утвержден, и уже в 1835-м году Купфер организовалновые магнитные станции — в Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Барнауле и Нерчинске (по материалам исторического обзора О. М.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
