Диссертация (1150724), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Эти модели, в том числе, были использованы для определения области, вкоторой выполняется условие (9), и последующего проецирования этой области навысоты ионосферы для сопоставления с положением наблюдаемых протонных ИГ.Разница положений наблюдаемых ИГ и проекций из области выполнения критерия (9),63полученная в этих работах, в среднем составляет 1–2o исправленной магнитной широты[напр., Shevchenko et al., 2010].
В работе [Nishimura et al., 2011] было показано, чтовеличины отклонений между реальной точкой проекции и модельной из экваториальноймагнитосферы при использовании этих моделей составляют примерно те же 1–2oисправленной магнитной широты.Для проведения экспериментальной оценки магнитных условий в областиформирования ИГ в токовом слое хвоста магнитосферы и проверки выполнения критерия(9) необходима модель, позволяющая оценивать точность проецирования. Для этой целилучше подходит адаптивная модель AM03 [Kubyshkina et al., 2011], которая являетсярезультатом развития модели AM02 (см.
раздел 1.4). В отличие от AM02 модель AM03содержит дополнительную токовую систему — вложенный тонкий токовый слой хвоста,который наблюдается в реальной магнитосфере в периоды подготовительной фазысуббури [например, Petrukovich et al., 2011]. В этом случае выбор модельныхконфигураций заключается не только в определении входных параметров модели T96, нои в подборе таких значений интенсивностей токовых систем и толщины вложенноготокового слоя, при которых параметр δ принимает наименьшее значение (см. формулу(4) в разделе 1.4) Применение модели AM03 позволило в дальнейшем ввести иисследовать параметры, потенциально влияющие на точность проецирования, чтоподробно описано ниже, в разделе 3.4.Целью данной главы является оценка порогового значения параметра K = Rc/ρ дляпротонов с энергией ~30 кэВ и ~80 кэВ в реальной магнитосфере на основе использованияадаптивной модели AM03.3.3 Используемые данные и отбор событийНа низковысотных полярных спутниках серии NOAA установлен прибор MEPED(Medium Energy Proton and Electron Detector), измеряющий на высоте ~850 км потокивысыпающихся и захваченных протонов и электронов с энергиями от 30 кэВ и выше.
Дляопределения положения изотропных границ протонов ~30 кэВ и ~80 кэВ использовалисьданные двух энергетических каналов прибора MEPED: канал “P1” — протоны 30–80 кэВ,канал “P2” — протоны 80–240 кэВ. Как уже обсуждалось в разделе 3.2, из интерпретациипроцесса питч-углового рассеяния в токовом слое хвоста магнитосферы с монотонноубывающим магнитным полем следует, что менее энергичные частицы одного сорта64перестают рассеиваться на большем расстоянии от Земли, нежели более энергичные.Область в экваториальной магнитосфере, расположенная дальше от Земли, проецируетсяв ионосферу вдоль силовой линии на более высокие широты, по сравнению с областью,расположенной ближе к Земле.
В таком случае первое резкое падение потокавысыпающихся протонов в канале “P1”, при сохранении потока захваченных,соответствует изотропной границе протонов ~30 кэВ, а в канале “P2” — изотропнойгранице протонов ~80 кэВ (вертикальные сплошные линии на рисунке 24). Висследовании использовались наблюдения четырех спутников серии NOAA: METOP-02,NOAA-17, NOAA-18, NOAA-19. При работе с наблюдениями этих спутников учитывалсятот факт, что долговременное пребывание спутников NOAA в присутствии космическойрадиации приводит к увеличению минимальной энергии протонов, регистрируемых взаданном канале прибора MEPED. Для того чтобы учесть этот факт, использовалисьрезультатыработы[Asikainen et al., 2012],вкоторойприведеныкалибровочныекоэффициенты для нижней границы энергетического диапазона каналов прибора MEPEDдля разных спутников серии NOAA.
В зависимости от того, какие спутник серии NOAA иканал прибора MEPED (“P1” или “P2”) были использованы для определения положенияизотропной границы, определялось, какой энергии протонов соответствует эта граница(таблица 1).Таблица 1. Нижняя граница энергетического диапазона каналов “P1” и “P2” прибора MEPED длявысыпающихся протонов с учетом калибровочных коэффициентов для 2009 года из работы[Asikainen et al., 2012] для используемых в данной работе спутников серии NOAA.METOP-02NOAA-17NOAA-18NOAA-19Канал "P1"36 кэВ45.6 кэВ30.3 кэВ30 кэВКанал "P2"92 кэВ121.6 кэВ93.6 кэВ80 кэВДля того, чтобы спроецировать положение протонных изотропных границ вдольсиловых линий в нейтральный токовый слой, применялась модель магнитосферногомагнитного поля AM03 [Kubyshkina et al., 2011].
Эта модель наилучшим образомотображает характеристики реального магнитного поля в той области, где находятсяспутники, измерения которых используются при выборе модельных магнитосферныхконфигураций. Данная особенность модели AM03 задает один из критериев отборасобытий для данного исследования: спутники, на основе измерений магнитного полякоторых строятся модельные магнитосферные конфигурации, должны находиться вблизитокового слоя хвоста магнитосферы в окрестности проекций протонных изотропных65границ. В предыдущих работах [Lvova et al., 2005; Shevchenko et al., 2010], в которыхиспользовались эмпирические модели магнитосферного магнитного поля, было показано,чтоизотропныеграницыпротонов~80 кэВпроецируютсявэкваториальнуюмагнитосферу на расстояния 5–9 RE от Земли.
Опираясь на этот результат, для анализабыл использован период с конца февраля по конец марта 2009 года. В этот период триспутника из группы THEMIS располагались вблизи нейтрального токового слоя насравнительно небольшом расстоянии друг от друга (1–4 RE) каждый раз, когда онинаходились в хвосте магнитосферы на удалении 5–11 RE от Земли.
Два из них (Themis-A иThemis-E) были разнесены по оси Z в системе GSE на расстояние ~1 RE и имели близкиекоординаты X и Y, а третий спутник (Themis-D) был удален от них на 3–4 RE (рис. 25а).Такая конфигурация, состоящая из трех спутников, позволяет точнее оценить реальныеинтенсивность токового слоя хвоста и радиальный градиент магнитного поля, что в своюочередь предполагает максимально возможно точное описание характеристик магнитногополя моделью AM03 в области экваториальной магнитосферы в окрестности этихспутников.Рисунок 25.
(a) Схематическое изображение трехспутниковой конфигурации (по оси абсцисс —координата X в системе GSE, по оси ординат — координата Z в той же системе): большая краснаяточка — проекция наблюдаемой изотропной границы (PIB), красная линия — силовая линиямагнитного поля, на которой расположена эта проекция, синяя окружность — точка на магнитномэкваторе, в которой K ~ 8 (MIB), синяя линия — силовая линия магнитного поля, на которойнаходится эта точка, звездочки разных цветов — положение спутников THEMIS. (b) Проекцииизотропных границ протонов ~30 кэВ и ~80 кэВ в нейтральный токовый слой для используемых вданной работе событий (по оси абсцисс — координата X в системе GSE, по оси ординат —координата Y в той же системе): красные точки — проекции протонных изотропных границ обеихэнергий, фиолетовая прерывистая линия — часть траектории спутника THEMIS-A 4 марта 2009года.Отбор событий за период с конца февраля по конец марта 2009 года проводился вдва этапа.
На первом этапе были отобраны все события, в которых изотропные границы66протонов ~30 кэВ и ~80 кэВ были зарегистрированы одним из спутников NOAA в сектореMLT, отличающемся от сектора MLT трехточечной конфигурации спутников THEMIS неболее чем на 3 часа, когда последние находились на расстояниях 5–11 RE от Земли.Двигаясь по своим орбитам, спутники THEMIS оказывались на этих расстояниях вокрестности нейтрального токового слоя два раза (рис. 25б) за период обращения вокругЗемли (~24 часа) и находились на этих расстояниях сравнительно малое время (~2 часа).Период обращения спутников NOAA вокруг Земли составляет ~80 минут, однако длякаждого из этих спутников изменение угла между плоскостью орбиты и плоскостью XZ всистеме GSE происходит довольно медленно.
В связи с этим, в событиях, отобранных впериод с конца февраля (24 февраля) по середину марта (14 марта), спутники THEMISнаходились ближе к вечернему сектору MLT, а в событиях, отобранных в период с 19 по27 марта, — ближе к утреннему (рис. 25б). В мартовских событиях для выбора модельныхмагнитосферных конфигураций использовались также измерения спутников THEMIS-B иTHEMIS-C совместно с измерениями спутников THEMIS-A, THEMIS-D и THEMIS-E.На втором этапе для всех отобранных событий были выбраны модельныемагнитосферные конфигурации, наиболее точно описывающие характеристики поля вобласти положения спутников THEMIS — с использованием AM03 были определенывходные параметры модели T96, интенсивности модельных токовых систем и толщинавложенного токового слоя.
Модельные токовые системы описываются гладкимифункциями и не могут отображать резких локальных вариаций магнитного поля, поэтомуиз рассмотрения были убраны события, в которых в измерениях спутников THEMISнаблюдались диполизации (резкие возрастания Bz) в интервале ± 5 минут от временирегистрации протонных изотропных границ спутниками NOAA. Также из рассмотрениябыли убраны события, в которых модельная конфигурация определялась неточно(характеризовалась величиной > 10 нТ, см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
