с 01.01.2024 по настоящее время
Москва, Россия
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Геофизический Центр РАН
Москва, Россия
Нагоя, Япония
Паратунка, Камчатский край, Россия
Якутск, Россия
Проанализированы электромагнитные ионно-циклотронные колебания диапазона Pc1 (~1 Гц), зарегистрированные на восстаной фазе магнитной бури 25 марта 2023 г. сетью наземных станций на Дальнем Востоке и низкоорбитальными спутниками SWARM, проходящими над станциями. Собранные данные позволили проследить распространение Рс1-волн через ионосферу к земной поверхности и вдоль ионосферы. В то время как на наземных станциях наблюдалось длительное (~1 ч) узкополосное излучение, на спутниках был зарегистрирован только короткий всплеск поперечных колебаний длительностью ~40 c. Оценка когерентности сигналов между близкими спутниками SWARM-A и -С, разнесенными по долготе на ~1°, дает величину поперечного масштаба волнового пакета в ионосфере ~90 км. Большая длительность излучения на наземных станциях обусловлена волноводным распространением сигналов вдоль ионосферы, в результате которого станция «собирает» сигналы из большой магнитосферной области. Наличие волноводного распространения подтверждается ориентацией эллипса поляризации наземных Рс1-пульсаций относительно места инжекции волн в ионосферу. Высказана гипотеза, что ионно-циклотронная неустойчивость развивается в виде локализованных и непродолжительных всплесков, но механизм такого режима остается невыясненным.
Рс1-пульсации, электромагнитные ионно-циклотронные волны, спутники SWARM
1. Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. М.: Атомиздат, 1979, 313 с.
2. Гульельми А.В. Циклотронная неустойчивость в магнитосфере с учетом рефракции нарастающих волн. Геомагнетизм и аэрономия. 1970, т. 10, № 4, с. 721–724.
3. Гульельми А.В. МГД-волны в околоземной плазме. М.: Наука, 1979, 139 c.
4. Гульельми А.В. Три нерешенные проблемы физики магнитосферных волн Рс1. Геофизические исследования. 2015, т. 16, № 3, с. 63–72.
5. Гульельми А.В., Потапов А.С. Проблемы теории магнитосферных волн Рс1. Обзор. Солнечно-земная физика. 2019, т. 5, № 3, с. 102–109. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-53201910 / Guglielmi A.V., Potapov A.S. Problems of the Pc1 magnetospheric wave theory. A review. Solar-Terrestrial Physics. 2019, vol. 5, iss. 3, pp. 87–92. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-53201910.
6. Леонович А.С. Распространение геомагнитных пульсаций в магнитосферных дактах. Геомагнетизм и аэрономия. 1984, т. 24, № 1, с. 94–98.
7. Леонович А.С., Мазур В.А., Сенаторов В.Н. Альвеновский волновод. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1983, т. 85, № 1, с. 141–145.
8. Михайлова О.С., Климушкин Д.Ю., Магер П.Н. Современное соcтояние теории УНЧ-пульсаций диапазона Рс1 в плазме магнитосферы с тяжелыми ионами: обзор. Солнечно-земная физика. 2022, т. 8, № 1, с. 3–18. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-81202201 / Mikhailova O.S., Klimushkin D.Yu., Mager P.N. The current state of the theory of Pc1 range ULF pulsations in magnetospheric plasma with heavy ions: A review. Solar-Terrestrial Physics. 2022, vol. 8, iss. 1, pp. 3–18. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-81202201.
9. Пилипенко В.А., Полозова Т.Л., Энгебретсон М. Пространственно-временная структура ионно-циклотронных волн в верхней ионосфере по наблюдениям на спутниках ST5. Космические исследования. 2012, т. 50, № 5, с. 355–365.
10. Трахтенгерц В.Ю., Райкрофт М.Дж. Свистовые и альфвеновские циклотронные мазеры в космосе. М.: Физматлит, 2011, 344 с.
11. Anderson B.J., Erlandson R.E., Zanetti L.J. A statistical study of Pc1-2 magnetic pulsations in the equatorial magnetosphere: 1. Equatorial occurrence distributions. J. Geophys. Res. 1992, vol. 97, pp. 3075–3088. DOI:https://doi.org/10.1029/91ja02697.
12. Demekhov A.G. Recent progress in understanding Pc1 pearl formation. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007, vol. 69, no. 14, pp. 1609–1622. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2007.01.014.
13. Dmitrienko I.S., Mazur V.A. The spatial structure of quasicircular Alfven modes of waveguide at the plasmapause — Interpretation of Pc1 pulsations. Planet. Space Sci. 1992, vol. 40, iss. 1, pp. 139–148. DOI:https://doi.org/10.1016/0032-0633(92)90156-i.
14. Engebretson M.J., Peterson W.K., Posch J.L., et al. Observations of two types of Pc1-2 pulsations in the outer dayside magnetosphere. J. Geophys. Res. 2002, vol. 107, iss. A12, p. 1451. DOI:https://doi.org/10.1029/2001JA000198.
15. Engebretson M.J., Posch J.L., Westerman A.M., et al. Temporal and spatial characteristics of Pc1 waves observed by ST5. J. Geophys. Res. 2008, vol. 113, A07206. DOI:https://doi.org/10.1029/2008JA013145.
16. Erlandson R.E., Zanetti L.J., Potemra T.A., et al. Viking magnetic and electric field observations of Pc1 waves at high latitudes. J. Geophys. Res. 1990, vol. 95, iss. A5, pp. 5941–5955. DOI:https://doi.org/10.1029/ja095ia05p05941.
17. Fedorov E.N., Pilipenko V.A., Engebretson M.J., Hartinger M.D. Transmission of a magnetospheric Pc1 wave beam through the ionosphere to the ground. J. Geophys. Res. 2018, vol. 123, iss. 5, pp. 3965–3982. DOI:https://doi.org/10.1029/2018JA0253381–18.
18. Fujita S., Tamao T. Duct propagation of hydromagnetic waves in the upper ionosphere. 1. Electromagnetic field disturbances in high latitudes associated with localized incidence of a shear Alfven wave. J. Geophys. Res. 1988, vol. 93, iss. A12, pp. 14665–14673. DOI:https://doi.org/10.1029/ja093ia12p14665.
19. Gary S.P., Thomsen M.F., Yin L., Winske D. Electromagnetic proton cyclotron instability: Interactions with magnetospheric protons. J. Geophys. Res. 1995, vol. 100, no. A11, pp. 21961–21972. DOI:https://doi.org/10.1029/95ja01403.
20. Grinsted A., Moore J.C., Jevrejeva S. Application of cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series. Nonlinear Processes in Geophysics. 2004, vol. 11, no. 5/6, pp. 561–566. DOI:https://doi.org/10.5194/npg-11-561-2004.
21. Guglielmi A.V., Potapov A.S., Russell C.T. The ion cyclotron resonator in the magnetosphere. JETP Lett. 2000, vol. 72, no. 6, pp. 298–300. DOI:https://doi.org/10.1134/1.1328441.
22. Hansen H.J., Fraser B.J., Menk F.W., et al. High-latitude Pc1 bursts arising in the dayside boundary layer region. J. Geophys. Res. 1992, vol. 97, no. A4, pp. 3993–4008. DOI:https://doi.org/10.1029/91ja01456.
23. Horne R.B., Thorne R.M. On the preferred source location for the convective amplification of ion cyclotron waves. J. Geophys. Res. 1993, vol. 98, no. A6, pp. 9233–9248. DOI:https://doi.org/10.1029/92ja02972.
24. Horne R.B., Thorne R.M. Convective instabilities of electromagnetic ion cyclotron waves in the outer magnetosphere. J. Geophys. Res. 1994, vol. 99, no. A9, pp. 17259–17273. DOI:https://doi.org/10.1029/94ja01259.
25. Hu Y.D., Fraser B.J. Electromagnetic ion cyclotron wave amplification and source regions in the magnetosphere. J. Geophys. Res. 1994, vol. 99, no. A1, pp. 263–272. DOI:https://doi.org/10.1029/93ja01897.
26. Johnson J.R., Cheng C.Z. Can ion cyclotron waves propagate to the ground? Geophys. Res. lett. 1999, vol. 26, no. 6, pp. 671–674. DOI:https://doi.org/10.1029/1999gl900074.
27. Kangas J., Guglielmi A., Pokhotelov O. Morphology and physics of short-period geomagnetic pulsations. Space. Sci. Rev. 1998, vol. 83, no. 3/4, pp. 435–512. DOI:https://doi.org/10.1023/A:1005063911643.
28. Keika K., Takahashi K., Ukhorskiy A.Y., Miyoshi Y. Global characteristics of electromagnetic ion cyclotron waves: Occurrence rate and its storm dependence. J. Geophys. Res. 2013, vol. 118, no. 7, pp. 4135–4150. DOI:https://doi.org/10.1002/jgra.50385.
29. Kennel C.F., Petchek H.E. Limit on stably trapped particle fluxes. J. Geophys. Res. 1966, vol. 71, no. 1, pp. 1–28. DOI:https://doi.org/10.1029/jz071i001p00001.
30. Kim H., Lessard M.R., Engebretson M.J., Lühr H. Ducting characteristics of Pc 1 waves at high latitudes on the ground and in space. J. Geophys. Res. 2010, vol. 115, A09310. DOI:https://doi.org/10.1029/2010JA015323.
31. Liu J., Shiokawa K., Oyama S.-I., et al. A statistical study of longitudinal extent of Pc1 pulsations using seven PWING ground stations at subauroral latitudes. J. Geophys. Res. 2023, vol. 128, no. 1, 2021JA029987. DOI:https://doi.org/10.1029/2021ja029987.
32. Matsuda S., Miyoshi Y., Kasahara Y., et al. Multipoint measurement of fine-structured EMIC waves by Arase, Van Allen Probe A, and ground stations. Geophys. Res. Lett. 2021, vol. 48, e2021GL096488. DOI:https://doi.org/10.1029/2021GL096488.
33. Mikhailova O.S., Klimushkin D.Yu., Mager P.N. Pc1-pulsations: the parallel structure in the magnetosphere plasma with admixture of the heavy ions. Adv. Astron. Space Phys. 2012, vol. 2, pp. 88–90.
34. Mikhailova O.S. The spatial structure of ULF waves in the equatorial resonator localized at the plasmapause with the admixture of the heavy ions. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2014, vol. 108, pp. 10–16. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2013.12.007.
35. Miyoshi Y., Sakaguchi K., Shiokawa K., et al. Precipitation of radiation belt electrons by EMIC waves, observed from ground and space. Geophys. Res. Lett. 2008, vol. 35, L23101. DOI:https://doi.org/10.1029/2008GL035727.
36. Mursula K. Satellite observations of Pc1 pearl waves: The changing paradigm. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007, vol. 69, pp. 1623–1634. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2007.02.013.
37. Rauch J.L., Roux A. Ray tracing of ULF waves in a multi-component magnetospheric plasma: consequences for the generation mechanism of ion cyclotron waves. J. Geophys. Res. 1982, vol. 87, no. A10, pp. 8191–8198. DOI:https://doi.org/10.1029/JA087iA10p08191.
38. Sakaguchi K., Shiokawa K., Miyoshi Y., et al. Simultaneous appearance of isolated auroral arcs and Pc1 geomagnetic pulsations at subauroral latitudes. J. Geophys. Res. 2008, vol. 113, A05201. DOI:https://doi.org/10.1029/2007JA012888.
39. Shiokawa K., Katoh Y., Hamaguchi Y., et al. Ground-based instruments of the PWING project to investigate dynamics of the inner magnetosphere at subauroral latitudes as a part of the ERG-ground coordinated observation network. Earth, Planets and Space. 2017, vol. 69, no. 1, article number 160. DOI:https://doi.org/10.1186/s40623-017-0745-9.
40. Trakhtengerts V.Y., Demekhov A.C. Generation of Pc1 pulsations in the regime of backward wave oscillator. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007, vol. 69, pp. 1651–1656. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2007.02.009.
41. Usanova M.E., Mann I.R., Rae I.J., et al. Multipoint observations of magnetospheric compression-related EMIC Pc1 waves by THEMIS and CARISMA. Geophys. Res. Lett. 2008, vol. 35, L17S25. DOI:https://doi.org/10.1029/2008GL034458.
42. Wandzura S., Coroniti F.V. Nonconvective ion cyclotron instability. Planet. Space Sci. 1975, vol. 23, pp. 123–131. DOI:https://doi.org/10.1016/0032-0633(75)90073-2.
43. Yahnina T.A., Yahnin A.G., Kangas J., Manninen J. Proton precipitation related to Pcl pulsations. Geophys. Res. Lett. 2000, vol. 27, no. 21, pp. 3575–3578. DOI:https://doi.org/10.1029/2000gl003763.
44. Yahnin A.G., Yahnina T.A., Frey H.U. Subauroral proton spots visualize the Pc1 source. J. Geophys. Res. 2007, vol. 112, A10223. DOI:https://doi.org/10.1029/2007JA012501.
45. Yahnina T.A., Frey H.U., Bösinger T., Yahnin A.G. Evidence for subauroral proton flashes on the dayside as the result of the ion cyclotron interaction. J. Geophys. Res. 2008, vol. 113, A07209. DOI:https://doi.org/10.1029/2008JA013099.
46. Yin Z.-F., Zhou X.-Z., Hu Z.-J., et al. Westward excursion of Pc1/EMIC waves and their source protons: Paradoxical observations from ground and space. J. Geophys. Res. 2024, vol. 129. e2023JA032317. DOI:https://doi.org/10.1029/e2023JA032317.
47. URL: https://stdb2.isee.nagoya-u.ac.jp/magne/magne_stations.html (дата обращения 20 марта 2025 г.).
48. URL: https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/FutureEO/Swarm (дата обращения 20 марта 2025 г.).
49. URL: https://sscweb.gsfc.nasa.gov (дата обращения 20 марта 2025 г.).
50. URL: https://pycwt.readthedocs.io/en/latest/ (дата обращения 20 марта 2025 г.).
