Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
В работе представлены результаты исследования среднеширотных сияний на основе оптических измерений и теоретического моделирования. Моделирование показало, что высыпания могут вызывать свечение в красной и зеленой линиях атомарного кислорода опосредствованно, путем увеличения скоростей ионообразования и нагрева тепловых электронов, что приводит к увеличению скорости диссоциативной рекомбинации и возбуждения уровней 1D и 1S при столкновениях с тепловыми электронами.
ионосферное возмущение, свечение верхней атмосферы, геомагнитные бури, моделирование
ВВЕДЕНИЕ
Анализ данных наблюдения атмосферных эмиссий атомарного кислорода 557.7 и 630 нм, полученных в регионе Восточной Сибири (52° N, 103° E) во время умеренных геомагнитных бурь, выявил возмущения в вариациях интенсивности рассматриваемых эмиссий [Леонович и др., 2012; Leonovich et al., 2015]. На рис. 1 показано поведение параметров околоземного космического пространства (Bz-компоненты межпланетного геомагнитного поля, плотности протонов солнечного ветра, Dst-вариации) и ночной интенсивности эмиссии атомарного кислорода в красной (630 нм) и зеленой (557.7 нм) линиях во время слабой (4-6 апреля 2008 г.: Kp max=5, Ap max=45, Dst=-40) и умеренных (23-24 сентября 2006 г.: Kp max=7, Ap max=45, Dst=-60; 5-8 апреля 2010 г.: Kp max=7, Ap max>100, Dst=-80) геомагнитных бурь. Для сравнения на рис. 2 показаны вариации интенсивности рассматриваемых эмиссий для спокойных геомагнитных условий. Можно заметить значительное для средних широт увеличение интенсивности красной эмиссии на величину ≥100 Рл.
Для интерпретации наблюдаемой интенсивности свечения атомарного кислорода в линиях 557.7 и 630 нм было выполнено теоретическое моделирование высотных профилей объемных и интегральных эмиссий, которые могут возникать в ночной среднеширотной ионосфере под действием вторгающихся потоков электронов с различными средними и интегральными энергиями.
В основе этой интерпретации лежит предположение [Leonovich et al., 2015] о том, что эти электроны проникли на среднеширотные L-оболочки, где были захвачены, в результате дрейфа из внутренней магнитосферы при усилении электрического поля конвекции во время предшествующей магнитной бури. Затем, в ходе нового геомагнитного возмущения, происходит интенсивное рассеяние захваченных электронов на магнитозвуковых волнах [Hasegawa, 1976; Goertz, 1984; Leonovich, Mazur, 1989], приводящее к их высыпанию в нижележащую ионосферу. Известно, что захваченные заряженные частицы испытывают азимутальный дрейф, который приводит к их распределению по долготе вплоть до дневного сектора при сильных магнитных бурях.
Цель данной работы заключалась в исследовании зависимости высотной структуры ионосферы и кислородных эмиссий от характеристик высыпающихся электронов, которые могут воздействовать на среднеширотную ночную ионосферу во время магнитных бурь различной интенсивности.
1. Кринберг И.А. Кинетика электронов в ионосфере и плазмосфере Земли. М.: Наука, 1978. 215 с.
2. Кринберг И.А., Тащилин А.В. Ионосфера и плазмосфера. М.: Наука, 1984. 188 с.
3. Леонович Л.А., Михалев А.В., Леонович В.А. Проявление геомагнитных возмущений в свечении среднеширотной верхней атмосферы // Солнечно-земная физика. 2012. Т. 20. С. 109-115.
4. Banks P.M., Chappell C.R., Nagy A.F. A New model for the interaction of auroral electrons with the atmosphere: Spectral degradation, backscatter, optical emission, and ionization // J. Geophys. Res. 1974. V. 79, iss. 10. P. 1459-1470.
5. de Meneses F.C., Muralikrishna P., Clemesha B.R. Height profiles of OI 630 nm and OI 557.7 nm airglow intensities measured via rocket-borne photometers and estimated using electron density data: comparison // Geofisica Internacional. 2008. V. 47, N 3. P. 161-166.
6. Goertz C.K. Kinetic Alfv´en waves on auroral field lines // Planet. Space Sci. 1984. V. 32. P. 1387-1392.
7. Fox J.L., Sung K.Y. Solar activity variations of the Venus thermosphere/ionosphere // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2001. V. 106, iss. A10. P. 21305-21335.
8. Hasegawa A. Particle acceleration by MHD surface wave and formation of aurorae // J. Geophys. Res. 1976. V. 81, iss. 28. Р. 5083-5090.
9. Hierl P.M., Dotan I., Seeley J.V., et al. Rate constants for the reactions of O+ with N2 and O2 as a function of temperature (300-1800 K) // J. Chem. Phys. 1997. V. 106, N 9. P. 3540-3544.
10. Leonovich A.S., Mazur V.A. Resonance excitation of standing Alfven waves in an axisymmetric magnetosphere (monochromatic oscillations) // Planet. Space Sci. 1989. V. 37. P. 1095-1108.
11. Leonovich L.A., Tashchilin A.V., Leonovich V.A. Response of 557.7 and 630 nm atomic oxygen emissions to sharp variations in solar wind parameters // Atmos. Ocean. Optics. 2015. V. 28, N 4. P. 376-380.
12. Mantas G.P. Large 6300-Å airglow intensity enhancements observed in Ionosphere Heating Experiments are excited by thermal electrons // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1994. V. 99, iss. A5. P. 8993-9002.
13. Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. 2002. V. 107, iss. A12. P. SIA 15-1-SIA 15-16.
14. Rees M.H. Physics and Chemistry of the Upper Atmosphere. Cambridge University Press., 1989. 289 p.
15. Richards P.G. Reexamination of ionospheric photochemistry // J. Geophys. Res. 2011. V. 116, iss. A8. A08307.
16. Schunk R., Nagy A. Ionospheres. Cambridge University Press, 2009. 628 p.
