Irkutsk, Russian Federation
from 01.01.1999 until now
Irkutsk, Irkutsk region, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Basing on measurements of cosmic rays at the worldwide network of stations, we calculate variations in the planetary system of geomagnetic cutoff rigidity for the 2015 June moderate geomagnetic storm. Using the axisymmetric model of the limited magnetosphere taking into account magnetopause currents and the ring current, we determine the distance to the subsolar point and the ring current radius, as well as the contribution of the ring current to variations in the geomagnetic cutoff rigidity and to the Dst index.
magnetosphere, current system, magnetic storm, cosmic rays
ВВЕДЕНИЕ
Динамика крупномасштабных токовых систем в возмущенной магнитосфере до сих пор является одним из открытых вопросов солнечно-земной физики.
Магнитная буря является откликом магнитосферы на внезапное увеличение динамического давления солнечного ветра (СВ). Она сопровождается интенсивным энерговыделением в магнитосфере и в ионосфере, которое контролируется главным образом величиной и направлением межпланетного магнитного поля (ММП).
В периоды магнитных бурь резко возрастает депрессия магнитного поля на низких широтах, которая характеризуется увеличением отрицательных значений Dst-индекса. По современным представлениям на его вариации сильное влияние оказывает симметричный кольцевой ток во внутренней магнитосфере DR, поперечный ток в хвосте магнитосферы DT и ток на магнитопаузе DCF, таким образом, Dst=DR+DT+DCF [Feldstein et al., 2005].
Токи на магнитопаузе реагируют на изменение параметров СВ. Поджатие магнитосферы при усилении динамического давления СВ приводит к кратковременной положительной вариации магнитосферного поля во внутренней и дневной магнитосфере (SSC — sudden storm commencement, внезапное начало бури). Расстояние до подсолнечной точки на магнитопаузе — один из важных паpаметpов магнитосферы, который хаpактеpизует поджатие магнитопаузы. Его изменения при внезапных скачках динамического давления СВ приводят к значительным вариациям магнитосфеpного магнитного поля.
Без учета продольных токов токовая система магнитосферного хвоста включает в себя токи поперек хвоста магнитосферы и токи замыкания на магнитопаузе.
Кольцевой ток является наиболее инертной частью магнитосферы. Он развивается вследствие инжекции заряженных частиц из хвоста магнитосферы и разрушается в результате перезарядки с атомами экзосферы, кулоновских столкновений и волновых процессов. Усиленная инжекция создается магнитосферными суббурями, сопровождающимися сильной диполизацией магнитного поля хвоста. Магнитное поле кольцевого тока направлено к югу во внутренней магнитосфере и обеспечивает характерную крупномасштабную структуру вариации измеряемого магнитного поля во время магнитной бури.
Соотношение между источниками Dst-индекса меняется на разных стадиях развития магнитной бури и может характеризовать относительную динамику магнитосферных токовых систем во время возмущений [Alexeev et al., 1996; Maltsev et al., 1996; Greenspan, Hamilton, 2000].
Вклады в Dst-индекс от DR- и DT-токов зависят от интенсивности бури. Для слабых и умеренных бурь вклад от DT-тока может достигать значений, сравнимых со значениями вклада от DR-тока, а иногда даже превышать их. Для сильных бурь роль кольцевого тока возрастает. При бурях средней интенсивности около –(100÷200) нТл поле токов хвоста испытывает насыщение, достигая максимально возможного значения, в то время как кольцевой ток находится в условиях, когда он имеет возможность дальнейшего развития [Ganushkina et al., 2004; Kalegaev et al., 2005].
Динамические процессы, происходящие в межпланетной среде и магнитосфере Земли, вследствие их электромагнитной природы воздействуют на заряженные частицы космического излучения, порождая вариации пространственного, углового и энергетического распределения последних. Поэтому данные о вариациях интенсивности космических лучей (КЛ) могут дать ценную информацию об электромагнитных условиях в космическом пространстве.
1. Dvornikov V.M., Sdobnov V.E., Sergeev A.V. Informativity of the Spectrographic Global Survey Method. Preprint SibIZMIR N 25-84. Irkutsk, 1984. 26 p. (In Russian).
2. Dvornikov V.M., Sdobnov V.E., Sergeev A.V. Spectrographic Global Survey method for research into variations of intensity of cosmic rays of interplanetary and magnetospheric origins. Variatsii kosmicheskikh luchei i issledovaniya kosmosa: Sbornik nauchnykh trudov [Cosmic Ray Variations and space research: Collected papers]. Moscow, IZMIRAN Publ., 1986. pp. 232-237. (In Russian).
3. Kichigin G.N., Sdobnov V.E. Rigidities of geomagnetic cutoff of cosmic rays in the model of bounded magnetosphere with a ring current. Geomanetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2017, vol. 57, no. 2, pp. 149-153. (In Russian).
4. Alexeev I.I., Belenkaya E.S., Kalegaev V.V., et al. Magnetic storms and magnetotail currents // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. P. 7737-7747.
5. Alexeev I.I., Kalegaev V.V., Belenkaya E.S., Bobrovnikov S.Yu., Feldstein Ya.I., Gromova L.I. The model description of magnetospheric magnetic field in the course of magnetic storm on January 9-12, 1997 // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 25683-25694.
6. Feldstein Y.I., Levitin A.E., Kozyra J., et al. Self-consistent modeling of the large-scale distortions in the geomagnetic field during the 24-27 September 1998 major magnetic storm // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, N A11. DOI: 10.1029/ 2004JA010584.
7. Ganushkina N.Yu., Pulkkinen T.I., Kubyshkina M.V., et al. Long-term evolution of magnetospheric current systems during storms // Ann. Geophys. 2004. V. 22. P. 1317-1334.
8. Greenspan M.E., Hamilton D.C. A test of the Dessler-Parker-Sckopke relation during magnetic storms // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. P. 5419-5430.
9. Kalegaev V.V., Ganushkina N.Yu., Pulkkinen T.I., et al. Relation between the ring current and the tail current during magnetic storms // Ann. Geophys. 2005. V. 26, N 2. P. 523-533.
10. Maltsev Y.P., Arykov A.A., Belova E.G., et al. Magnetic flux redistribution in the storm time magnetosphere // J. Geo-phys. Res. 1996. V. 101. P. 7697-7707.
11. Ohtani S., Nose M., Rostoker G., et al. Storm-substorm relationship: Contribution of the tail current to Dst // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 21199-21209.
12. Tyasto M.I., Danilova O.A., Sdobnov V.E. Comparison of cosmic ray cutoff rigidities as calculated with two empirical magnetospheric models for the extreme event of November 2003 // J. Phys.: Conference Ser. 2013. 409. 012224. DOI:https://doi.org/10.1088/1742-6596/409/1/012224.
13. Tyasto M.I., Danilova O.A., Sdobnov V.E. Variations in the geomagnetic cutoff rigidity of cosmic rays in the period of magnetospheric disturbances of May 2005: Their correlation with interplanetary parameters // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2011. 75: 808. DOI:https://doi.org/10.3103/S1062873811060414.
14. URL: ftp://cr0.irmiran.rssi.ru (accessed May 5, 2017).
15. URL: https://www.solarmonitor.org (accessed May 5, 2017)
16. URL: http://omniweb.gsfc.nasa.gov (accessed May 5, 2017)
17. URL: http://cdaw.gsfc.nasa.g/CME_list/UNIVERSAL/2015 _06/univ2015_06.html
