Moskva, Russian Federation
Being an important region of the polar ionosphere, the auroral oval is considered in many studies on the disturbed magnetosphere. The oval seems to be thoroughly known to all researchers, but there is evidence of misunderstanding in some papers, so it is time to review this matter. Most works describing the auroral position and dynamics were published more than a half-century ago and became a rarity. In this paper, we tell the history of studies on distribution of auroras before the oval was discovered. We also touch upon the discovery of the oval and tell how it changed our viewpoint on the magnetospheric processes. Besides, we describe how the oval paradigm developed and became non-productive (from our point of view) for studying the structure of the magnetosphere and magnetospheric disturbances. Finally we show the position of the aural zone and auroral magnetosphere among the main domains of the magnetosphere.
auroral oval, magnetosphere
ВВЕДЕНИЕ
Дорога от первых исследований географического распределения полярных сияний к парадигме овала была долгой. Десятки авторов мостили эту дорогу, их имена остались только в статьях и книгах пятидесятилетней давности, но без этих забытых исследователей мы не пришли бы к современному пониманию устройства и динамики магнитосферы. История этих исследований подробно описана в монографии С.И. Исаева (см. [Исаев, 1968] и ссылки в ней).
Кратко перечислим взятые из [Исаев, 1968] сведения об основных этапах исследований, которые привели к появлению понятия аврорального овала.
Зону повышенной частоты полярных сияний, по-видимому, первым описал Е. Лумис в 1860 г. [Loomis, 1860], обнаруживший, что частота появления полярных сияний растет при движении к полюсу до определенного предела, а затем уменьшается (до этого считалось — чем ближе к полюсу, тем сияний больше). Через двадцать лет была опубликована работа Г. Фрица [Fritz, 1881]. Зона максимальной частоты сияний Фрица, средняя по наблюдениям в течение года, располагалась на геомагнитной широте 67° в виде кольца вокруг магнитного полюса. Эти исследования затем повторялись другими авторами по новым данным (рис. 1). Теперь нам понятно, что это географическое распределение формировалось сияниями на ночной стороне.
С расширением сети геофизических обсерваторий появилось представление о второй, более высокоширотной зоне полярных сияний. На рис. 2 приведена схема из работы А.П. Никольского, который одним из первых стал развивать идею второй, внутренней зоны [Никольский, 1961]. Видно, что внутренняя зона составлена из двух спиралей. Разработкой идеи двух зон занимались затем многие исследователи полярных сияний, причем большинство представляло их в виде двух соосных колец. Сегодня очевидно, что внутренняя зона создается суточным вращением дневной части аврорального овала.
При построении зон сначала использовались изохроны — относительное число дней или часов, когда сияния наблюдались на данной станции в любом участке небосвода. С ростом числа и качества наблюдений стали использоваться изоавроры, при построении которых учитывались только сияния в зените.
1. Akasofu S.-I. Several “controversial” issues of substorms. Space Sci Rev. 2004, vol. 113, pp. 1-40.
2. Annales Geophysique. 2009, vol. 27, 4073 р.
3. Elphinstone R.D. The double oval UV auroral distribution. 1. Implications for the mapping of auroral arcs. J. Geophys. Res. 1995, vol. 100, pp. 12,075-12,092.
4. Feldstein Ya.I. Geographic distribution of polar aurora and arc azimuths. Issledovaniya polyarnykh siyanii [Aurora Investigations]. Publ. house of Acad. Sci. of USSR, 1960, no. 4, pp. 61-78.
5. Feldstein Ya.I. Prostranstvenno-vremennoe raspredelenie magnitnoi aktivnosti v vysokikh shirotakh Severnogo polushariya [Spatial and Temporal Distribution of Magnetic Activity in the High Latitudes of the North Hemisphere]. Moscow, Publishing house of Acad. Sci. of USSR, 1963б, 63 p. (in Russian).
6. Feldstein Ya.I. Some question of the morphology of polar aurora and magnetic disturbances in high latitudes. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1963a, vol. 3, pp. 227-239 (in Russian).
7. Feldstein Ya.I., Galperin Yu.I. Structure of nightside auroral precipitations. Kosmicheskie issledovaniya [Cosmic Research]. 1996, vol. 34, pp. 227-247 (in Russian).
8. Feldstein Ya.I., Solomatina E.K. Some question of aurora geographic distribution in the North hemisphere. Polyarnye siyaniya i svechenie nochnogo neba [Polar Aurora and Airglow]. Moscow, Publ. house of Acad. Sci. of USSR, 1961, no. 7, pp. 51-68 (in Russian).
9. Feldstein Ya.I., Starkov G.V. Dynamics of auroral belt and polar geomagnetic disturbances. Planet. Space Sci. 1967, vol. 15, no. 2, pp. 209-230.
10. Feldstein Ya.I., Vorob´ev V.G., Zverev V.L. Planetary structure of polar aurora. IGY results (Review). Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2010. vol. 50, no. 4, pp. 435-458 (in Russian).
11. Feldstein Y.I., Vorobjev V.G., Zverev V.L., Forster M. Investigations of the auroral luminosity distribution and the dynamics of discrete auroral forms in a historical retrospective. Hist. Geo. Space Sci. 2014, vol. 5, pp. 81-134.
12. Fritz H. Das Polarlight. Leipzig, Brockhaus Publ., 1881, 76 р.
13. Gringauz K.I. Low-energy plasma in the Earth’s magnetosphere. Fizika magnitosfery [Physics of magnetosphere]. Moscow, Mir Publ., 1972, pp. 413-461 (in Russian).
14. Hartz T.R., Brice H.M. Planet. Space Sci. 1967, vol. 15, pp. 301-309.
15. Isaev S.I. Morfologiya polyarnykh ciyanii [Morphology of Polar Aurora]. Leningrad, Nauka Publ., 1968, 167 p. (in Russian).
16. Isaev S.I., Korotin A.B., Feldstein Ya.I. Joint Soviet-French expedition for investigation of polar aurora. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1962, vol. 2, pp. 1014-1015 (in Russian).
17. Isaev S.I., Pudovkin M.I. Polyarnye siyaniya i protsessy v magnetosfere Zemli [Polar Aurora and Processes in the Earth´s Magnetosphere]. Leningrad, Nauka Publ., 1972, 244 р. (in Russian).
18. Khorosheva O.B. Prostranstvenno-vremennoe raspredelenie polyarnykh siyanii [Spatial and Temporal Distribution of Polar Aurora]. Moscow, Nauka Publ., 1967. 82 p. (in Russian).
19. Khorosheva O.B. Relation of the magnetic disturbances with the dymamics of the magnetospere and interplanetary space. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2007, vol. 47, no. 5, pp. 579-583 (in Russian).
20. Khorosheva O.B. Spatial and temporal distribution of polar auroraи and the relation with highlatitude geomagnetic disturbanses. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1961, vol. 1, pp. 695-701 (in Russian).
21. Kuznetsov S.N., Tverskaya L.V. Radiation belts. Model´ kosmosa [Model of Outer Space]. Moscow, KDU Publ., 2007, vol. 1, pp. 518-546 (in Russion).
22. Lazutin L.L. Struture of auroral magnetosphere and explosive processes of the magnetospheric substorms. Brunelli B.E., Lyatsky V.B. (eds.). Fizika avroral’nykh javlenii [Physics of Auroral Phenomena]. Leningrad, Nauka Publ., 1988, pp. 145-192 (in Russian).
23. Lazutin L.L. Auroral magnetosphere. Model’ kosmosa [Model of Outer Space]. Moscow, KDU Publ., 2007. vol. 1, pp. 547-578 (in Russian).
24. Lazutin L.L. Features of poleward expansion of inner radiation belt during magnetospheric substorms. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2014, vol. 54, no. 2, pp. 187-194 (in Russian).
25. Lazutin L., Korth A. Distribution of energetic particle «injections» events along the radiation belt slope. Kokubun S., Kamide Y. (eds.) Substorms-4. Tokyo, Terra Publ., 1998, pp. 817-820.
26. Lazutin L., Starkov G., Meng C.-I., et al. Westward Traveling Surge dynamics and the local structure of an isolated substorm. Adv. Space Res. 2001, vol. 28, no. 11, pp. 1623-1629.
27. Loomis E. On geographic distribution of auroras in northern hemisphere. Amer. J. Sci. 1860, vol. 30, pp. 89-94.
28. Newell P.T., Feldstein Ya.I., Galperin Yu.I., Meng C.-I. Morphology of nightside precipitation. J. Geophys. Res. 1996, vol. 101, pp. 10737-10748.
29. Nikolskii A.P. Dual laws of the course of magnetic disturbance and the nature of mean regular variations. Terr. Magn. and Atm. Elec. 1947, vol. 52, pp. 147-173.
30. Nikolskii A.P. On the geographical distribution of magnetic disturbances in polar Arctic region. Doklady Akademii Nauk (DAN) [Reports of Acad. Sci. of USSR]. 1956, vol. 109, pp. 939-941 (in Russian).
31. Nikolskii A.P. On the second zone of polar aurora position and relation if the morning side aurora with magnetic disturbances. Polyarnye siyaniya i svechenie nochnogo neba [Polar Aurora and Airglow]. Publishing house of Acad. Sci. of USSR, 1961, no. 7, pp. 37-42. (in Russian).
32. Vorob´ev V.G. Aurora in dayside cusp. Brunelli B.E., Lyatsky V.B. (eds.) Fizika avroral’nykh javlenii [Physics of Auroral Phenomena]. Leningrad, Nauka Publ., 1988, pp. 86-144 (in Russian).
33. Vorob´ev V.G., Zverev V.L. Influence of interplanetary magnetic fields on auroral oval position in a dayside sector. Polyarnye siyaniya i svechenie nochnogo neba [Polar Aurora and Airglow] Moscow, Nauka Publ., 1981. vol. 28, pp. 21-24 (in Russian).
34. Starkov G.V. Global dynamics of auroral airglow. Fizika okolozemnogo kosmicheskogo prostranstva [Physics of Near-Earth Space]. Apatity, 2000, vol. 3, pp. 409-499 (in Russian).
35. Starkov G.V., Feldstein Ya.I. Changes of the boundaries of auroral oval. Geomagnetizm i aeronomiya. [Geomagnetism and Aeronomy].1967, vol. 7, no. 1, pp. 62-71 (in Russian).
36. Starkov G.V., Feldstein Y.I., Shevnina F. Auroras on the day side of the oval during substorms. Geomagn. Aeron. 1971, vol. 11, pp. 72-75.
37. Starkov G.V., Rezhenov B.V., Vorob´ev V.G. et al. Structure of dayside auroral precipitations. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2002, vol. 42, no. 2, pp. 186-194 (in Russian).
38. Stermer C. The Polar Aurora. Oxford, 1955, 76 р.
39. Weill G., Fafiotte M., Huille S., Dellaney J. Annales de géophysique. 1965, no. 3, pp. 469-474.
