Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 109236 10.12737/szf-114202513 ДВАДЦАТАЯ ЕЖЕГОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ», 10–14 ФЕВРАЛЯ 2025 Г., ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН, МОСКВА, РОССИЯ 20TH ANNUAL CONFERENCE “PLASMA PHYSICS IN THE SOLAR SYSTEM”. FEBRUARY 10–14, 2025, SPACE RESEARCH INSTITUTE RAS, MOSCOW, RUSSIA ДВАДЦАТАЯ ЕЖЕГОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ», 10–14 ФЕВРАЛЯ 2025 Г., ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН, МОСКВА, РОССИЯ Coherence time scales of long-period ULF variations of magnetic field in vicinity of the night-side magnetopause Временные масштабы когерентности длиннопериодных УНЧ-вариаций магнитного поля в окрестности ночной магнитопаузы Стуков Данила Алексеевич Stukov Danila Alekseevich sda@ifz.ru https://orcid.org/0000-0003-0678-8743 Ягова Надежда Викторовна Yagova Nadezda Viktorovna nyagova@ifz.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Москва Россия Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS Moscow Russian Federation Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Москва Россия Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS Moscow Russian Federation Геофизический центр РАН Москва Россия Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation 10 12 2025 10 12 2025 11 4 132 142 03 04 2025 06 08 2025 https://naukaru.ru/en/nauka/article/109236/view

Исследуются вариации магнитного поля в диапазоне нескольких миллигерц (геомагнитные пульсации Pc5–6/Pi3) в ближнем магнитосферном хвосте и прилегающих областях магнитослоя по данным спутников Cluster за 2016 г. Зависимость спектральной когерентности длиннопериодных УНЧ-вариаций магнитного поля от длины временного интервала анализируется для разных положений пары спутников Cluster-1 и -4 относительно магнитопаузы. Показано, что абсолютные значения спектральной когерентности и скорость ее спада с ростом длины временного интервала различаются для продольной и поперечных компонент магнитного поля и для разных положений спутников. Отдельно рассмотрен случай когерентных пульсаций в магнитослое при невысоких значениях скорости солнечного ветра и интенсивности флуктуаций перед ударной волной.

We examine magnetic field variations within the frequency range of several millihertz (Pc5-6/Pi3 geomagnetic pulsations) in the near-Earth magnetotail and adjacent flank magnetosheath regions, using data from Cluster satellites for 2016. Dependence of spectral coherence on interval length is analyzed for a satellite pair Cluster-1 and Cluster-4 at different satellite positions relative to the magnetopause. It is shown that absolute coherence and the rate of its decline with increasing time interval length differ for the longitudinal and transverse magnetic field components, as well as for different satellite positions. We also present a case study of a coherent pulsation recorded in the magnetosheath at low solar wind velocity and weak fluctuations in front of the bow shock.

 геомагнитные пульсации Pc5-6/ Pi3 магнитосферный хвост магнитопауза магнитослой когерентность Pc5-6/Pi3 geomagnetic pulsations magnetotail magnetopause magnetosheath coherence Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований, проект № 24-77-10012 The work was financially supported by the Russian Foundation for Basic Research (Project No. 24-77-10012)

Леонович А.С., Мазур В.А., Козлов Д.А. МГД-волны в геомагнитном хвосте: обзор. Солнечно-земная физика. 2015, т. 1, № 1, с. 4–22. DOI: 10.12737/7168.. Alexandrova O., Lacombe C., Mangeney A. Spectra and anisotropy of magnetic fluctuations in the Earth’s magnetosheath: Cluster observations. Ann. Geophys. 2008, vol. 26, pp. 3585–3596. DOI: 10.5194/angeo-26-3585-2008. Рахманова Л.С., Хохлачев А.А., Рязанцева М.О. и др. Развитие турбулентности за околоземной ударной волной в периоды спокойного и возмущенного солнечного ветра. Солнечно-земная физика. 2024, т. 10, № 2, с. 15–28. DOI: 10.12737/szf-102202402 / Rakhmanova R., Khokhlachev A., Riazantseva M., Yermolaev Y., Zastenker G. Turbulence development behind the bow shock during disturbed and undisturbed solar wind. Sol.-Terr. Phys. 2024, vol. 10, no. 2, pp. 13–25. DOI: 10.12737/stp-102202402. Belenkaya E.S. Reconnection modes for near-radial interplanetary magnetic field. J. Geophys. Res. 1998, vol. 103, pp. 26487–26494. DOI: 10.1029/98JA02270. Стуков Д.А., Ягова Н.В. Временные масштабы когерентности пульсаций магнитного поля диапазона 1–5 мГц в геомагнитном хвосте и ночном магнитослое. Труды Международной Байкальской молодежной научной школы по фундаментальной физике (БШФФ–2024) «Физические процессы в космосе и околоземной среде» и Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом». Иркутск, 2024, с. 220–222. Cowley S.W.H. Asymmetry effects associated with the x-component of the IMF in a magnetically open magnetosphere. Planet. Space Sci. 1981, vol. 29, iss. 8, pp. 809–818. DOI: 10.1016/0032-0633(81)90071-4. Ягова Н.В. Наклон спектра высокоширотных геомагнитных возмущений диапазона 1–5 мГц. Контролирующие параметры вне и внутри магнитосферы. Геомагнетизм и аэрономия. 2015, т. 55, № 1, с. 35–44. DOI: 10.7868/S0016794015010149. Escoubet C.P., Fehringer M., Goldstein M. The Cluster mission. Ann. Geophys. 2001, vol. 19, pp. 1197–1200. DOI: 10.5194/angeo-19-1197-2001. Ягова Н.В., Евсина Н.С. Геомагнитные пульсации диапазона 1–4 мГц (Pс5/Pi3) в магнитосферном хвосте. Вне и внутримагнитосферные источники. Космические исследования. 2024, т. 62, № 4, c. 334–340. DOI: 10.31857/S0023420624040039. Escoubet C.P., Masson A., Laakso H., Goldstein M.L. Recent highlights from Cluster, the first 3-D magnetospheric mission. Ann. Geophys. 2015, vol. 33, pp. 1221–1235. DOI: 10.5194/angeo-33-1221-2015. Ягова Н.В., Козырева О.В., Носикова Н.С. Геомагнитные пульсации диапазона 1–4 мГц (Pc5/Pi3) в магнитосферном хвосте при разном уровне возмущенности в межпланетной среде. Солнечно-земная физика. 2022, т. 8, № 2, с. 84–92. DOI: 10.12737/szf-82202212 / Yagova N.V., Kozyreva O.V., Nosikova N.S. Geomagnetic pulsations in 1–4 mHz frequency range (Pc5/Pi3) in the magnetotail at different levels of disturbances in the interplanetary medium. Sol.-Terr. Phys. 2022, vol. 8, iss. 3, pp. 76–83. DOI: 10.12737/stp-82202212. Gutynska O., Šafránková J., Němecěk Z. Correlation length of magnetosheath fluctuations: Cluster statistics. Ann. Geophys. 2008, vol. 26, pp. 2503–2513. DOI: 10.5194/angeo_26_2503_2008. Alexandrova O., Lacombe C., Mangeney A. Spectra and anisotropy of magnetic fluctuations in the Earth’s magnetosheath: Cluster observations. Ann. Geophys. 2008, vol. 26, pp. 3585–3596. DOI: 10.5194/angeo-26-3585-2008. Gutynska O., Šafránková J., Němecěk Z. Correlation properties of magnetosheath magnetic field fluctuations. J. Geophys. Res. 2009, vol. 114, no. A8, A08207. DOI: 10.1029/2009JA014173. Belenkaya E.S. Reconnection modes for near-radial interplanetary magnetic field. J. Geophys. Res. 1998, vol. 103, pp. 26487–26494. DOI: 10.1029/98JA02270. Gutynska O., Šimůnek J., Šafránková J., et al.. Multipoint study of magnetosheath magnetic field fluctuations and their relation to the foreshock. J. Geophys. Res. 2012, vol. 117, A04214. DOI: 10.1029/2011JA017240. Cowley S.W.H. Asymmetry effects associated with the x-component of the IMF in a magnetically open magnetosphere. Planet. Space Sci. 1981, vol. 29, iss. 8, pp. 809–818. DOI: 10.1016/0032-0633(81)90071-4. Huang S.Y., Hadid L.Z., Sahraoui F., et al. On the existence of the Kolmogorov inertial range in the terrestrial magnetosheath turbulence. Astrophys. J. Lett. 2017, vol. 836, L10. DOI: 10.3847/2041-8213/836/1/L10. Escoubet C.P., Fehringer M., Goldstein M. The Cluster mission. Ann. Geophys. 2001, vol. 19, pp. 1197–1200. DOI: 10.5194/angeo-19-1197-2001. Kepko L., Spence H.E., Singer H.J. ULF waves in the solar wind as direct drivers of magnetospheric pulsations. Geophys. Res. Lett. 2002, vol. 29, iss. 8. DOI: 10.1029/2001GL014405. Escoubet C.P., Masson A., Laakso H., Goldstein M.L. Recent highlights from Cluster, the first 3-D magnetospheric mission. Ann. Geophys. 2015, vol. 33, pp. 1221–1235. DOI: 10.5194/angeo-33-1221-2015. Kim K.-H., Cattell C.A., Lee D.-H., et al. Magnetospheric responses to sudden and quasiperiodic solar wind variations. J. Geophys. Res. 2002. vol. 107, iss. A11, p. 1406. DOI: 10.1029/2002JA009342. Gutynska O., Šafránková J., Němecěk Z. Correlation length of magnetosheath fluctuations: Cluster statistics. Ann. Geophys. 2008, vol. 26, pp. 2503–2513. DOI: 10.5194/angeo_26_2503_2008. Kubyshkina M.V., Semenov V.S., Tsyganenko N.A., et al. Unraveling the role of IMF Bx in driving geomagnetic activity. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2023, vol. 128, e2022JA031275. DOI: 10.1029/2022JA031275. Gutynska O., Šafránková J., Němecěk Z. Correlation properties of magnetosheath magnetic field fluctuations. J. Geophys. Res. 2009, vol. 114, no. A8, A08207. DOI: 10.1029/2009JA014173. Leonovich A.S., Mazur V.A., Kozlov D.A. MHD waves in the geomagnetic tail: A review. Sol.-Terr. Phys. 2015, vol. 1, iss. 1, pp. 4–22. DOI: 10.12737/7168. Gutynska O., Šimůnek J., Šafránková J., et al. Multipoint study of magnetosheath magnetic field fluctuations and their relation to the foreshock. J. Geophys. Res. 2012, vol. 117, A04214. DOI: 10.1029/2011JA017240. Nosikova N.S., Yagova N.V., Baddeley L.J., et al. An investigation into the spectral parameters of ultra-low-frequency (ULF) waves in the polar caps and magnetotail. Ann. Geophys. 2022, vol. 40, pp. 151–165. DOI: 10.5194/angeo-40-151-2022. Huang S.Y., Hadid L.Z., Sahraoui F., et al. On the existence of the Kolmogorov inertial range in the terrestrial magnetosheath turbulence. Astrophys. J. Lett. 2017, vol. 836, L10. DOI: 10.3847/2041-8213/836/1/L10. Rakhmanova L., Riazantseva M., Zastenker G., Yermolaev Y. Dynamics of plasma turbulence at Earth’s bow shock and through the magnetosheath. Astrophys. J. 2020, vol. 901, p. 30. DOI: 10.3847/1538-4357/abae00. Kepko L., Spence H.E., Singer H.J. ULF waves in the solar wind as direct drivers of magnetospheric pulsations. Geophys. Res. Lett. 2002, vol. 29, iss. 8. DOI: 10.1029/2001GL014405. Rakhmanova L., Riazantseva M., Zastenker G., Yermolaev Y. Role of the variable solar wind in the dynamics of small-scale magnetosheath structures. Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 2023, vol. 10. DOI: 10.3389/fspas.2023.1121230. Kim K.-H., Cattell C.A., Lee D.-H., et al. Magnetospheric responses to sudden and quasiperiodic solar wind variations. J. Geophys. Res. 2002. vol. 107, iss. A11, p. 1406. DOI: 10.1029/2002JA009342. Rakhmanova R., Khokhlachev A., Riazantseva M., et al. Turbulence development behind the bow shock during disturbed and undisturbed solar wind. Sol.-Terr. Phys. 2024, vol. 10, no. 2, pp. 13–25. DOI: 10.12737/stp-102202402. Kubyshkina M.V., Semenov V.S., Tsyganenko N.A., et al. Unraveling the role of IMF Bx in driving geomagnetic activity. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2023, vol. 128, e2022JA031275. DOI: 10.1029/2022JA031275. Shevyrev N.N., Zastenker G.N. Some features of the plasma flow in the magnetosheath behind quasi-parallel and quasi-perpendicular bow shocks. Planet. Space Sci. 2005, vol. 53, pp. 95–102. DOI: 10.1016/j.pss.2004.09.033. Nosikova N.S., Yagova N.V., Baddeley L.J., et al. An investigation into the spectral parameters of ultra-low-frequency (ULF) waves in the polar caps and magnetotail. Ann. Geophys. 2022, vol. 40, pp. 151–165. DOI: 10.5194/angeo-40-151-2022. Shevyrev N.N., Zastenker G.N., Nozdrachev M.N., et al. High and low frequency large amplitude variations of plasma and magnetic field in the magnetosheath: Radial profile and some features. Adv. Space Res. 2003, vol. 31, pp. 1389–1394. DOI: 10.1016/S0273-1177(03)00008-5. Rakhmanova L., Riazantseva M., Zastenker G., Yermolaev Y. Dynamics of plasma turbulence at Earth’s bow shock and through the magnetosheath. Astrophys. J. 2020, vol. 901, p. 30. DOI: 10.3847/1538-4357/abae00. Shevyrev N.N., Zastenker G.N., Du J. Statistics of low-frequency variations in solar wind, foreshock and magnetosheath: INTERBALL-1 and CLUSTER data. Planetary Space Sci. 2007, vol. 55, pp. 2330–2335. DOI: 10.1016/j.pss.2007.05.014. Rakhmanova L., Riazantseva M., Zastenker G., Yermolaev Y. Role of the variable solar wind in the dynamics of small-scale magnetosheath structures. Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 2023, vol. 10. DOI: 10.3389/fspas.2023.1121230. Stukov D.A., Yagova N.V. Coherence time scales of magnetic field pulsations in 1–5 mHz range in the magnetotail and night magnetosheath. Proc. Baikal Young Scientists’ International School On Fundamental Physics (BASYS-2024) “Physical Processes in Outer and Near-Earth Space” and XVIII Young Scientists’ Conference “Interaction of Fields and Radiation with Matter”]. Irkutsk, September 1–7, 2024. Institute of Solar-Terrestrial Physics, Irkutsk, 2024, pp. 220–222. (In Russian). Shevyrev N.N., Zastenker G.N. Some features of the plasma flow in the magnetosheath behind quasi-parallel and quasi-perpendicular bow shocks. Planet. Space Sci. 2005, vol. 53, pp. 95–102. DOI: 10.1016/j.pss.2004.09.033. Wang G.Q., Zhang T.L., Ge Y.S. Spatial distribution of magnetic fluctuation power with period 40 to 600 s in the magnetosphere observed by THEMIS. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015, vol. 120, pp. 9281–9293. DOI: 10.1002/2015JA021584. Shevyrev N.N., Zastenker G.N., Nozdrachev M.N., et al. High and low frequency large amplitude variations of plasma and magnetic field in the magnetosheath: Radial profile and some features. Adv. Space Res. 2003, vol. 31, pp. 1389–1394. DOI: 10.1016/S0273-1177(03)00008-5. Yagova N.V. Spectral slope of high-latitude geomagnetic disturbances in the frequency range 1–5 mHz. Control parameters inside and outside the magnetosphere. Geomagnetism and Aeronomy. 2015, vol. 55, pp. 32–40. DOI: 10.1134/S0016793215010144. Shevyrev N.N., Zastenker G.N., Du J. Statistics of low-frequency variations in solar wind, foreshock and magnetosheath: INTERBALL-1 and CLUSTER data. Planetary Space Sci. 2007, vol. 55, pp. 2330–2335. DOI: 10.1016/j.pss.2007.05.014. Yagova N.V., Evsina N.S. Geomagnetic pulsations in the 1–4 mHz frequency range (Pc5/Pi3) in the magnetotail. Internal and extramagnetospheric sources. Cosmic Res. 2024, vol. 62, no. 4, pp. 323–329. DOI: 10.1134/S0010952524600355. Wang G.Q., Zhang T.L., Ge Y.S. Spatial distribution of magnetic fluctuation power with period 40 to 600 s in the magnetosphere observed by THEMIS. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015, vol. 120, pp. 9281–9293. DOI: 10.1002/2015JA021584. Yagova N.V., Kozyreva O.V., Nosikova N.S. Geomagnetic pulsations in 1–4 mHz frequency range (Pc5/Pi3) in the magnetotail at different levels of disturbances in the interplanetary medium. Sol.-Terr. Phys. 2022, vol. 8, iss. 3, pp. 76–83. DOI: 10.12737/stp-82202212. Zastenker G.N., Nozdrachev M.N., Němeček Z., et al. Multispacecraft measurements of plasma and magnetic field variations in the magnetosheath: Comparison with Spreiter models and motion of the structures. Planetary Space Sci. 2002, vol. 50, iss. 5-6, pp. 601–612. DOI: 10.1016/S0032-0633(02)00039-9. Zastenker G.N., Nozdrachev M.N., Němeček Z., et al. Multispacecraft measurements of plasma and magnetic field variations in the magnetosheath: Comparison with Spreiter models and motion of the structures. Planetary Space Sci. 2002, vol. 50, iss. 5-6, pp. 601–612. DOI: 10.1016/S0032-0633(02)00039-9. URL: https://cdaweb.gsfc.nasa.gov/ (дата обращения 31 марта 2025 г.). URL: https://cdaweb.gsfc.nasa.gov/ (accessed March 31, 2025). URL: https://cdaweb.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/eval2.cgi (дата обращения 31 марта 2025 г.). URL: https://cdaweb.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/eval2.cgi (accessed March 31, 2025).