Диссертация (1150622), страница 8
Текст из файла (страница 8)
etal., 2011, Sergeev et al., 2012, Partamies et al., 2013]), îäíîçíà÷íîãî ìíåíèÿ î òîì, êàêîâûóñëîâèÿ ñðûâà ñóááóðè è ÷òî îêàçûâàåò íà íèõ ïåðâîñòåïåííîå âëèÿíèå, íåò. Íà íàñòîÿùååâðåìÿ èçâåñòíî, ÷òî íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä ñðûâîì ñóááóðè òîêîâûé ñëîé äîëæåí áûòü äîñòàòî÷íî òîíêèì (ïîðÿäêà ïðîòîííîé èíåðöèîííîé äëèíû proton inertial length) [Shay et al.,1999], à ãðàäèåíòû ïàðàìåòðîâ ïëàçìû è ìàãíèòíîãî ïîëÿ äîñòàòî÷íî ðåçêèìè, ÷òîáû ïðèâåñòè ê ðàçâèòèþ ïëàçìåííîé íåóñòîé÷èâîñòè [Kivelson and Hughes, 1990]. Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõíåóñòîé÷èâîñòè òàêæå ìîãóò áûòü ñâÿçàíû ñ ñóùåñòâîâàíèåì ìèíèìóìà íîðìàëüíîé êîìïîíåíòû ìàãíèòíîãî ïîëÿ â îêîëîçåìíîé îáëàñòè õâîñòà ìàãíèòîñôåðû (è ñâÿçàííîãî ñ ýòèìîáðàòíîãî ãðàäèåíòà ìàãíèòíîãî ïîëÿ) [ e.g. Petrukovich et al., 2013].Èíòåðåñåí òîò ôàêò, ÷òî èíîãäà ñðàâíèòåëüíî ìàëûå ïåðèîäû ñóùåñòâîâàíèÿ þæíîãîÌÌÏ, ïðè ñðàâíèòåëüíî ñïîêîéíûõ óñëîâèÿõ â ñîëíå÷íîì âåòðå, ïðèâîäÿò ê ñðûâó ñóááóðè,à â äðóãèå ìîìåíòû çíà÷èòåëüíî áîëåå äîëãèå ïåðèîäû þæíîãî ÌÌÏ îêàçûâàþòñÿ íå ðåçóëüòàòèâíûì.
Ýòî ïðèâîäèò íàñ ê ìûñëè, ÷òî, âî-ïåðâûõ, íà ñðûâ ñóááóðè âëèÿþò íå òîëüêîñîëíå÷íûé âåòåð è ìåæïëàíåòíîå ìàãíèòíîå ïîëå (ÌÌÏ), íî è ñîáñòâåííàÿ êîíôèãóðàöèÿìàãíèòîñôåðû (ôîðìà òîêîâîãî ñëîÿ) íà ðàññìàòðèâàåìûé ìîìåíò âðåìåíè, à âî-âòîðûõ,÷òî ñóùåñòâóþò íåêîòîðûå äîïîëíèòåëüíûå ôàêòîðû, õàðàêòåðèñòèêè, ñîëíå÷íîãî âåòðà,âëèÿþùèå íà ñðûâ ñóááóðè, íî íå ó÷òåííûå â ïðåäûäóùèõ èññëåäîâàíèÿõ. áîëüøèíñòâå ñóùåñòâóþùèõ íà íàñòîÿùèé ìîìåíò èññëåäîâàíèé òîêîâîãî ñëîÿ íà óñòîé÷èâîñòü âíèìàíèå óäåëÿëîñü ïðåèìóùåñòâåííî ñèììåòðè÷íûì êîíôèãóðàöèÿì ìàãíèòîñôåðíîãî õâîñòà. Ïîäîáíîå ïîëîæåíèå âåùåé ìîæíî îáúÿñíèòü â ðàâíîé ñòåïåíè íåäîñòàòêîì äîíåäàâíåãî âðåìåíè íàáëþäàòåëüíûõ äàííûõ è ñëîæíîñòüþ òåîðåòè÷åñêîãî îïèñàíèÿ (÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ) àñèììåòðè÷íûõ êîíôèãóðàöèé òîêîâîãî ñëîÿ õâîñòà.
Êàê ìû óæåóïîìèíàëè âî ââåäåíèè, â ðåàëüíîñòè çåìíîé äèïîëü ïðèíèìàåò àáñîëþòíî ñèììåòðè÷íîåïîëîæåíèå òîëüêî â îòäåëüíûå ìîìåíòû âðåìåíè (òàê êàê åãî ïîëîæåíèå ìåíÿåòñÿ íåïðåðûâíî, ñì. ðèñ. 2). Ïðèìåðíî äëÿ 3.5 ìåñÿöåâ (∼ 100 äíåé) â ãîäó àáñîëþòíàÿ ñèììåòðèÿäîñòèãàåòñÿ äâàæäû â äåíü, à â äðóãèå 8 ìåñÿöåâ òîêîâûé ñëîé õâîñòà ïîñòîÿííî èçîãíóò è43Ðèñ.
18: Êîíôèãóðàöèÿ ëèíèé ìàãíèòîñôåðû ïî ìîäåëè T96 äëÿ òð¼õ âàðèàíòîâ ñèììåòðèè: êîíôèãóðàöèÿ ïðè âåðòèêàëüíîì äèïîëå è ðàäèàëüíî íàïðàâëåííîì ñîëíå÷íîì âåòðå(âåðõíÿÿ ïàíåëü), ïðè âåðòèêàëüíîì äèïîëå è íå ðàäèàëüíî íàïðàâëåííîì ñîëíå÷íîì âåòðå(ñðåäíÿÿ ïàíåëü, VSW z > 0) è íàêëîííîì äèïîëå ïðè íå ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè ñîëíå÷íîãîâåòðà (íèæíÿÿ ïàíåëü, VSW z > 0, Ψdip < 0).
[Kubyshkina et al., 2015]44ñìåù¼í çà ñ÷åò íåíóëåâîãî óãëà íàêëîíà äèïîëÿ. Ðåçóëüòàòîì òàêîé àñèììåòðèè, â ÷àñòíîñòè,ìîæåò ÿâëÿòüñÿ ïðåèìóùåñòâåííîå ðàçâèòèå îïðåäåë¼ííûõ (àñèììåòðè÷íûõ) ìîä íåóñòîé÷èâîñòè (èçãèáíàÿ ìîäà áóäåò ðåàëèçîâàòüñÿ ñ áîëüøåé âåðîÿòíîñòüþ, ÷åì ïåðåòÿæå÷íàÿ),êîòîðûå íàðàñòàþò ñ áîëüøåé ñêîðîñòüþ, à òàêæå çíà÷èòåëüíûé ðîñò ãðàäèåíòîâ â îêîëîçåìíîé (XGSM <∼ 30RE ) îáëàñòè. Êàê ñëåäñòâèå, íàðóøåíèå ñèììåòðèè òîêîâîãî ñëîÿ ìàãíèòîñôåðíîãî õâîñòà çà ñ÷åò âàðèàöèé íàêëîíà çåìíîãî äèïîëÿ è (èëè) ñêà÷êîâ íàïðàâëåíèÿñîëíå÷íîãî âåòðà ìîæåò ñäåëàòü óñëîâèÿ â õâîñòå áîëåå ïîäõîäÿùèìè äëÿ ñðûâà (èíèöèàöèè)ñóááóðè.
Åù¼ â 1990 ãîäó, â ñòàòüå [Kivelson and Hughes, 1990], áûëî ñäåëàíî ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî âîçðàñòàþùàÿ â èçîãíóòîì òîêîâîì ñëîå êðèâèçíà ëèíèé ìàãíèòíîãî ïîëÿ áóäåòïîíèæàòü ïîðîã ñðûâà ñóááóðè, ÷òî ñïîñîáñòâóåò âîçíèêíîâåíèþ áîëüøîãî ÷èñëà ñëàáûõñóááóðü ñ ìàëûì AL èíäåêñîì â ïåðèîäû íàèáîëüøåé àñèììåòðèè. Ýòî â ñâîþ î÷åðåäü îçíà÷àåò, ÷òî îñîáî èíòåíñèâíûå ñóááóðè ñ áîëüøîé àìïëèòóäîé AL èíäåêñà â îñíîâíîì äîëæíûíàáëþäàòüñÿ ïðè ìàëûõ óãëàõ íàêëîíà çåìíîãî äèïîëÿ, ÷òî âïîñëåäñòâèè áûëî ïîäòâåðæäåíî ïîñðåäñòâîì ñòàòèñòè÷åñêîãî àíàëèçà (ñì. [Nowada et al.,2009]). Ðîëü áûñòðûõ èçìåíåíèéíàïðàâëåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà, êàê ïîòåíöèàëüíîãî ôàêòîðà, âëèÿþùåãîíà ñóááóðåâóþ àêòèâíîñòü áûëà îòìå÷åíà â [ Kubyshkina M.
et al., 2011, Panov et al.,2013,Voros et al., 2014].Ôîðìà (ãëîáàëüíàÿ êîíôèãóðàöèÿ) òîêîâîãî ñëîÿ õâîñòà ìàãíèòîñôåðû èçìåíÿåòñÿ íåïðåðûâíî è îïðåäåëÿåòñÿ äâóìÿ îñíîâíûìè ôàêòîðàìè: ðåãóëÿðíûìè (è ñðàâíèòåëüíî ìåäëåííûìè) âàðèàöèÿìè óãëà íàêëîíà çåìíîãî äèïîëÿ, à òàêæå íåðåãóëÿðíûìè áûñòðûìè âàðèàöèÿìè íàïðàâëåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà. Íóæíî çàìåòèòü, ÷òî â ðàçíûõ îáëàñòÿõ õâîñòàìàãíèòîñôåðû ýòè ôàêòîðû èìåþò ðàçëè÷íóþ ñòåïåíü âëèÿíèÿ. ñëó÷àå, åñëè ñîëíå÷íûé âåòåð íàïðàâëåí ñòðîãî ðàäèàëüíî, à çåìíîé äèïîëü ðàñïîëîæåí ïåðïåíäèêóëÿðíî ê ïëîñêîñòè ýêëèïòèêè, òî ìû áóäåì íàáëþäàòü ïëîñêèé òîêîâûé ñëîéè ñèììåòðè÷íîå îòíîñèòåëüíî íàïðàâëåíèÿ ñåâåð-þã ìàãíèòíîå ïîëå (ñì. ðèñ.
18, âåðõíÿÿïàíåëü). Äàëåå, åñëè íàïðàâëåíèå ñîëíå÷íîãî âåòðà îòêëîíèòñÿ îò ðàäèàëüíîãî äàëüíèéòîêîâûé ñëîé ñìåñòèòñÿ èç ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòè ñîãëàñíî èçìåíåíèþ íàïðàâëåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà. Ïîâîðîò æå äèïîëÿ èç ïåðïåíäèêóëÿðíîãî ïîëîæåíèÿ ïðèâîäèò ê èçãèáó èñìåùåíèþ òîêîâîãî ñëîÿ â îêîëîçåìíîé îáëàñòè.45Ðèñ. 19: Ëåâàÿ ïàíåëü: ÷èñëî ïÿòèìèíóòíûõ èíòåðâàëîâ ñ ñîîòâåòñòâóþùèì ñðåäíèì óãëîì íàêëîíà äèïîëÿ â òå÷åíèå ãîäà. Ïðàâàÿ ïàíåëü: ÷èñëî ïÿòèìèíóòíûõ èíòåðâàëîâ ññîîòâåòñòâóþùèì óãëîì îòêëîíåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà îò ðàäèàëüíîãî íàïðàâëåíèÿ α =arctg(VzSW /VxSW ) â òå÷åíèå îäíîãî ãîäà (çäåñü 2007).
[Kubyshkina et al., 2015]3.2Ñòàòèñòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ÷èñëà ñóááóðü â çàâèñèìîñòè îòóãëà íàêëîíà äèïîëÿ è ïàðàìåòðîâ ñîëíå÷íîãî âåòðà. ýòîì ðàçäåëå ìû ïðåäñòàâèì ñòàòèñòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå, ïðèçâàííîå ïðîÿñíèòü ñòåïåíüâëèÿíèÿ ñèììåòðè÷íûõ è àñèììåòðè÷íûõ ïàðàìåòðîâ ñîëíå÷íîãî âåòðà íà êîëè÷åñòâî ñóááóðü ([Semenov et al., 2015], [Tsyganenko et al., 2015]). Ïîëíîå ñòàòèñòè÷åñêîå ðàñïðåäåëåíèåóãëîâ íàêëîíà äèïîëÿ Ψ (çäåñü è äàëåå äèïîëüíûé óãîë îïðåäåëÿåòñÿ â GSM ñèñòåìå êîîðäèíàò) â òå÷åíèå ãîäà ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ.
19 (ëåâàÿ ãèñòîãðàììà). Êàæäûé ñòîëáåö ãèñòîãðàììû ýòî ÷èñëî âñåõ ïÿòèìèíóòíûõ èíòåðâàëîâ â òå÷åíèå ãîäà, äëÿ êîòîðûõ íàáëþäàëñÿñðåäíèé óãîë Ψ, ïîïàäàþùèé â ñîîòâåòñòâóþùèé èíòåðâàë (2◦ ). Êàê âèäíî, ðàñïðåäåëåíèåïðèìåðíî ñèììåòðè÷íî îòíîñèòåëüíî íóëåâîãî óãëà Ψ, èìååò äâà ìàêñèìóìà ïðè çíà÷åíèÿõäèïîëüíîãî óãëà ≈ ±12 − 14◦ , è áûñòðî ñïàäàåò ïî íàïðàâëåíèþ ê ôëàíãàì (|ΨGSM | ≈ 33◦ ).˼ãêàÿ àñèììåòðèÿ îáúÿñíÿåòñÿ ýëëèïòè÷íîñòüþ îðáèòû âðàùåíèÿ Çåìëè âîêðóã Ñîëíöà,êîòîðàÿ ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ïåðèîäû ïîëîæèòåëüíûõ äèïîëüíûõ óãëîâ íåìíîãî äëèííååïåðèîäîâ îòðèöàòåëüíûõ (ïðèìåðíî íà 4%).Íà ïðàâîé ïàíåëè ðèñ. 19 ïðåäñòàâëåíî ãîäè÷íîå (çà 2007 ãîä) ðàñïðåäåëåíèå â òîéæå ôîðìå äëÿ óãëîâ îòêëîíåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà îò ðàäèàëüíîãî íàïðàâëåíèÿ (óãîë α =arctan(VzSW /|VxSW |), ãäå VzSW è VxSW êîìïîíåíòû ñêîðîñòè ñîëíå÷íîãî âåòðà).
Òàê êàêíàñ èíòåðåñóþò â ïåðâóþ î÷åðåäü ýôôåêòû èçãèáà è ñìåùåíèÿ ñëîÿ â ïëîñêîñòè XZ, êîìïîíåíòà ñêîðîñòè VySW áûëà èñêëþ÷åíà èç ðàññìîòðåíèÿ. Êàê âèäíî, äàííîå ðàñïðåäåëå46íèå áëèçêî ê ãàóññîâñêîìó, è äëÿ áîëüøèíñòâà ïÿòèìèíóòíûõ èíòåðâàëîâ óãîë α íå ïðåâûøàåò 4◦ . Ïÿòèìèíóòíûå ñðåäíèå äëÿ ýòîãî ðàñïðåäåëåíèÿ áûëè ïîëó÷åíû èç áàçû OMNI(http://omniweb.gsfc.nasa.gov/).Äàëåå ðàññìîòðèì ðàñïðåäåëåíèå ñóááóðü îòíîñèòåëüíî ýòèõ ïàðàìåòðîâ.
Èñïîëüçóåìûéñïèñîê ñóááóðü ýòî áàçà äàííûõ, ñîçäàííàÿ ïî ìåòîäó, îïèñàííîìó â [Juusola, 2011] è[Partamies, 2013]: êðèâàÿ AL èíäåêñà àíàëèçèðóåòñÿ ïðîãðàììíûì ìåòîäîì (àâòîìàòè÷åñêè),íà÷àëî ñóááóðè îïðåäåëÿåòñÿ êàê ðåçêîå óìåíüøåíèå (ïàäåíèå) èíäåêñà íà âåëè÷èíó íå ìåíåå50 íÒ (÷òî ÿâëÿåòñÿ ñðåäíåé àáñîëþòíîé âåëè÷èíîé AL äëÿ âñåé ðàññìàòðèâàåìîé âûáîðêèäàííûõ); òî åñòü ìû íå âûäåëÿåì èçîëèðîâàííûå ñóááóðè. Ñëåäóåò îòìåòèòü îòäåëüíî, ÷òîìû íå ðàññìàòðèâàåì â äàííîé ðàáîòå îòäåëüíûå ôàçû ñóááóðü, òî åñòü ìû íå èññëåäóåìäëèòåëüíîñòü ïîäãîòîâèòåëüíîé ôàçû èëè êîëè÷åñòâî ýíåðãèè, íàêîïëåííîå â å¼ õîäå (÷òîòðåáóåò âûäåëåíèÿ èçîëèðîâàííûõ ñóááóðü, à çíà÷èò óìåíüøåíèÿ ñòàòèñòè÷åñêîãî îáú¼ìàâûáîðêè).
Ýòè âîïðîñû áûëè äîñòàòî÷íî ïîäðîáíî ðàññìîòðåíû, íàïðèìåð, â ðàáîòàõ Òàíñêàíåí è ñîàâò. (ñì. [Tanskanen et al., 2002] è äð.). Ñðåäíèå ïàðàìåòðû ñîëíå÷íîãî âåòðà ñìèíóòíûì è ïÿòèìèíóòíûì ðàçðåøåíèÿìè áûëè ïîëó÷åíû èç áàçû OMNI.Äëÿ íà÷àëà, ðàññìîòðèì, êàê ÷èñëî ñóááóðü çàâèñèò îò âåëè÷èíû óãëà íàêëîíà äèïîëÿ èâåëè÷èíû îòêëîíåíèÿ íàïðàâëåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà îò ðàäèàëüíîãî.
Íà òð¼õ âåðõíèõ ïàíåëÿõ ðèñ. 20 ïðåäñòàâëåíû ðàñïðåäåëåíèÿ ÷èñëà ñóááóðü ïðè ðàçíûõ óãëàõ íàêëîíà äèïîëÿîòäåëüíî äëÿ äâóõ ïîëóøàðèé (ëåâàÿ è ñðåäíÿÿ ïàíåëè) è äëÿ îáùåãî ðàñïðåäåëåíèÿ (ïðàâàÿïàíåëü). Äëÿ ñåâåðíîãî ïîëóøàðèÿ èñïîëüçîâàëèñü äàííûå íàçåìíûõ íàáëþäåíèé THEMISçà ïåðèîä 20072009 ãîäîâ, à äëÿ þæíîãî ïîëóøàðèÿ áûëè çàäåéñòâîâàíû âñå äîñòóïíûåäàííûå (èç-çà íåäîñòàòî÷íîñòè ñòàíöèé â þæíîì ïîëóøàðèè). Äàííûå î þæíîì AL èíäåêñåáûëè ïîëó÷åíû èç âèðòóàëüíîé ìàãíèòíîé îáñåðâàòîðèè vmi.gsfc.nasa.gov (UCLA).  ðåçóëüòàòå áûëà âûÿâëåíà 6091 ñóááóðÿ â ñåâåðíîì ïîëóøàðèè è 2170 ñóááóðü â þæíîì.
Êàê âèäíîíà âñåõ òð¼õ ãèñòîãðàììàõ, ðàñïðåäåëåíèå èìååò îò÷¼òëèâûé ìèíèìóì âáëèçè íóëåâîãî óãëàíàêëîíà äèïîëÿ è äâà ëîêàëüíûõ ìàêñèìóìà âáëèçè |ΨGSM | ∼ 15◦ , è ïîñòåïåííî ñïàäàåò ïîíàïðàâëåíèþ ê ôëàíãàì. Òàêèì îáðàçîì, îáùàÿ ôîðìà ðàñïðåäåëåíèÿ î÷åíü ïîõîæà íà ôîðìó ðàñïðåäåëåíèÿ, ïðåäñòàâëåííîãî íà ðèñ. 19 (ëåâàÿ ïàíåëü), íî ÷èñëî ñóááóðü çíà÷èòåëüíîáîëüøå äëÿ èíòåðâàëîâ Ψ < −20o â þæíîì ïîëóøàðèè è Ψ > 20o â ñåâåðíîì. Êðîìå òîãî,ðàñïðåäåëåíèÿ íå âïîëíå ñèììåòðè÷íû ÷èñëî ñóááóðü áîëüøå ïðè ïîëîæèòåëüíûõ óãëàõíàêëîíà äèïîëÿ â ñåâåðíîì ïîëóøàðèè è ïðè îòðèöàòåëüíûõ â þæíîì (÷òî ñîîòâåòñòâóåòëîêàëüíîìó ëåòíåìó âðåìåíè â êàæäîì ïîëóøàðèè).Äàëåå, ñëåäóåò âêëþ÷èòü â ðàññìîòðåíèå èçìåíåíèÿ íàïðàâëåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà.
Ãèñòîãðàììû íà íèæíèõ ïàíåëÿõ ðèñ. 20 ïîñòðîåíû äëÿ ýôôåêòèâíîãî óãëà íàêëîíà: ΨSW =47Ðèñ. 20: ×èñëî ñóááóðü â çàâèñèìîñòè îò óãëà íàêëîíà äèïîëÿ (âåðõíèå ïàíåëè) è îò åãîñóììû ñ óãëîì îòêëîíåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà (ΨGSM + α) (íèæíèå ïàíåëè). [Kubyshkina etal., 2015]ΨGSM + α = ΨGSM + arctan(VzSW /VxSW ), àíàëîãè÷íî âåðõíèì ãèñòîãðàììàì äëÿ ñåâåðíîãî èþæíîãî ïîëóøàðèé â îòäåëüíîñòè è îáùåå ðàñïðåäåëåíèå. Çäåñü áûëè èñïîëüçîâàíû ïÿòèìèíóòíûå äàííûå ïî ñîëíå÷íîìó âåòðó, è êàæäîé ñóááóðå áûëè ñîïîñòàâëåíû ñîîòâåòñòâóþùèåïî âðåìåíè äàííûå î êîìïîíåíòàõ ñêîðîñòè VxSW è VzSW .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
