СЕВЕРНО-ЮЖНАЯ АСИММЕТРИЯ УЛЬТРАНИЗКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
В статье представлен результат экспериментального исследования северно-южной асимметрии ультранизкочастотных электромагнитных колебаний IPCL по данным наблюдения в обсерватории «Мирный» (Антарктида). IPCL возбуждаются в дневном секторе овала полярных сияний в диапазоне периодов 3–10 мин и представляют собой один из самых мощных типов колебаний магнитосферы Земли. Эти колебания были обнаружены в 70-х гг. прошлого века в ходе полярных экспедиций ИФЗ АН СССР, организованных проф. В.А. Троицкой. Мы показали, что активность IPCL в «Мирном» зависит от наклона силовых линий межпланетного магнитного поля (ММП) к плоскости геомагнитного экватора (северно-южной асимметрии) перед фронтом магнитосферы. Результат свидетельствует о контролирующем воздействии ММП на режим колебаний магнитосферы и дает основание высказать гипотезу о том, что IPCL представляют собой вынужденные колебания нелинейной динамической системы, важнейшими структурными элементами которой являются дневные полярные каспы. Статья посвящается памяти профессора В.А. Троицкой (1917–2010).

Ключевые слова:
магнитосфера, солнечный ветер, геомагнитные пульсации, межпланетное магнитное поле, Антарктида
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

ВВЕДЕНИЕ

Систематика геомагнитных пульсаций была разработана в начале 60-х гг. прошлого века [Троицкая, 1964]. Она до сих пор успешно используется при описании ультранизкочастотных (УНЧ) электромагнитных колебаний магнитосферы Земли (см., например, обзоры [Troitskaya, Guglielmi, 1967; Троицкая, Гульельми, 1969; Гульельми, Троицкая, 1978; Гульельми, 1989; 2007] и монографии [Jacobs, 1970; Гульельми, Троицкая, 1973; Nishida, 1978; Гульельми, 1979; Guglielmi, Pokhotelov, 1996]). В основу классификации положен морфологический принцип, и введена биномиальная номенклатура. Все виды колебаний разделены на два класса: Pc (регулярные колебания, pulsations continuous) и Pi (иррегулярные колебания, pulsations irregular). Отличительным признаком класса служит форма осциллограммы. Вид обозначается символом PcN (N=1–5) или PiN (N=1–2), где цифра N отвечает номеру поддиапазона общего диапазона ультранизких частот. Первоначально классу Рс был выделен диапазон периодов 0.2–600 c, а классу Pi — диапазон 1–150 c. Вскоре, однако, выяснилось, что диапазон Pi следует расширить, и, соответственно, был добавлен вид Pi3 для обозначения иррегулярных колебаний в диапазоне 150–600 с. Именно об этом виде колебаний магнитосферы и пойдет речь в данной статье.

Наблюдения свидетельствуют, что по морфологическим признакам виды УНЧ-колебаний четко подразделяются на многочисленные типы, или, лучше сказать, разновидности. Мы сосредоточим внимание на той разновидности Pi3, которую в литературе часто называют сокращенно IPCL (irregular pulsations continuous long). Из расшифровки аббревиатуры видно, что данная разновидность, являясь иррегулярными колебаниями, имеет свойство быть непрерывными (continuous). В подобных случаях после числа, указывающего номер поддиапазона, для большей ясности ставят букву С. Например, разновидность Pi1, имеющая внесистемное название auroral agitation, иногда обозначают как Pi1C [Troitskaya, 1961; Калишер, 1975]. Аналогичным образом можно было бы вместо IPCL использовать обозначение Pi3C. Это точное указание на колебания IPCL в рамках систематики УНЧ-колебаний, принципы которой были заложены проф. В.А. Троицкой. Мы, однако, сохраним аббревиатуру IPCL, следуя традиции, сложившейся в последние годы в геомагнетизме.

Приведем некоторые сведения о морфологии IPCL. Подробную информацию по этому вопросу можно найти в статьях [Bolshakova et al., 1974; Troitskaya, Bolshakova, 1977, 1988; Troitskaya, 1985; Клайн и др., 2008]. Рисунок 1 дает представление об осциллограмме колебаний, зарегистрированных в обсерватории «Мирный» (исправленные геомагнитные координаты Φ = –76.93°, Λ=122.92°). Спектр колебаний широкий, характерные периоды лежат в интервале 3–10 мин. Амплитуда колебаний изменчива с типичными значениями 5–10 нТл и временами достигает многих десятков нанотесл. Сезонная активность IPCL характеризуется летним максимумом. В среднем амплитуда повышается с ростом скорости солнечного ветра. Обычно колебания наблюдаются при низкой и умеренной геомагнитной активности (Kр=0–3).

Наиболее постоянный отличительный признак IPCL состоит в том, что, как уже было сказано выше, колебания наблюдаются в дневном секторе овала сияний. Именно это свойство натолкнуло нас на мысль сформулировать гипотезу о возможном механизме возбуждения IPCL и подсказало идею проверки гипотезы путем поиска северно-южной асимметрии колебаний. Дело нам представлялось следующим образом. Если существует северно-южная асимметрия, зависящая от ориентации силовых линий межпланетного магнитного поля (ММП), то это новое, не известное ранее свойство IPCL будет аргументом в пользу нашей гипотезы о механизме возбуждения.

В разделе 1 мы выдвигаем оригинальную гипотезу о возбуждении IPCL, в разделе 2 предлагаем метод проверки гипотезы, а в разделе 3 делаем критическую проверку. Альтернативные механизмы возбуждения мы упоминаем в разделе 4, а в заключительной части статьи мы подводим итог нашего исследования IPCL.

Список литературы

1. Бучаченко А.Л. Магнитопластичность и физика землетрясений. Можно ли предотвратить катастрофу? // УФН. 2014. Т. 184, № 1. С. 101–108.

2. Гудзенко Л.И. Статистический метод определения характеристик нерегулируемой автоколебательной системы // Изв. вузов. Радиофизика. 1962. Т. 5, № 3. С. 572–586.

3. Гульельми А.В. МГД-волны в околоземной плазме. М.: Наука, 1979. 139 с.

4. Гульельми А.В. Лучевая теория распространения МГД-волн (обзор) // Геомагнетизм и аэрономия. 1985. Т. 25, № 3. С. 356–370.

5. Гульельми А.В. Гидромагнитная диагностика и геоэлектрическая разведка // УФН. 1989. Т. 158, Вып. 4. С. 605–637.

6. Гульельми А.В. Ультранизкочастотные электромагнитные волны в коре и в магнитосфере Земли // УФН. 2007. Т. 177, № 12. С. 1257–1276.

7. Гульельми А.В., Потапов А.С. Влияние межпланетного магнитного поля на УНЧ-колебания ионосферного резонатора // Косм. иссл. 2017. Т. 55, № 4. С. 263–267.

8. Гульельми А.В., Троицкая В.А. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. М.: Наука, 1973. 208 с.

9. Гульельми А.В., Троицкая В.А. МГД-волны в околоземном космическом пространстве // Физика Земли. 1978. № 10. С. 95–104.

10. Гульельми А.В., Потапов А.С., Довбня Б.В. Ключевая роль межпланетного магнитного поля в формировании режима колебаний магнитосферы Земли // Триггерные эффекты в геосистемах: материалы третьего Всероссийского семинара-совещания (Москва, 16–19 июня 2015 г.) / Под ред. В.В. Адушкина, Г.Г. Кочаряна. М.: ГЕОС, 2015. С. 328–334.

11. Гульельми А.В., Потапов А.С., Довбня Б.В. и др. Триггерные эффекты в магнитосфере: к столетию В.А. Троицкой // IV Всероссийская конференция с международным участием «Триггерные эффекты в геосистемах». Москва, 6–9 июня 2017 г.: тезисы докладов. М.: ГЕОС, 2017. С. 28–29.

12. Дэйвисон М. Многомерное шкалирование: методы наглядного представления данных. М.: Финансы и статистика, 1988. 254 с.

13. Калишер А.Л. Функция распределения амплитуды геомагнитных пульсаций типа АА // Геомагнетизм и аэрономия. 1975. Т. 15, № 5. С. 952–953.

14. Клайн Б.И., Куражковская Н.А., Куражковский А.Ю. Перемежаемость в волновых процессах // Физика Земли. 2008. № 10. С. 25–34.

15. Паркер Е. Динамические процессы в межпланетной среде. М.: Мир, 1965. 302 с.

16. Троицкая В.А. Классификация быстрых вариаций магнитного поля и земных токов // Геомагнетизм и аэрономия. 1964. Т. 4, № 3. С. 615–616.

17. Троицкая В.А., Гульельми А.В. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы // УФН. 1969. Т. 97, Вып. 3. С. 453–494.

18. Эшби У.Р. Введение в кибернетику. М.: ИЛ, 1959. 432 с.

19. Bolshakova O.V., Troitskaya V.A., Hessler V.P. On the connection of the position of the polarward boundary of the polar cusp with the intensity of IPCL // Proc. International Symposium on Solar-Terrestrial Physics. Sao Paulo, Brazil, June 17–22, 1974. 1974. V. 2, A75-22580 08-92. P. 180–184.

20. Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A. Geoelectromagnetic Waves. Bristol and Philadelphia: IOP Publ. Ltd, 1996. 402 p.

21. Jacobs J.A. Geomagnetic Micropulsations. New York; Heidelberg; Berlin: Springer-Verlag, 1970. 179 p.

22. Lundin R., Guglielmi A. Ponderomotive forces in cosmos // Space Sci. Rev. 2006. V. 127. P. 1–116.

23. Nishida A. Geomagnetic Diagnosis of the Magnetosphere. New York; Heidelberg; Berlin: Springer-Verlag,1978. 256 p.

24. Russell C.T., Hoppe M.M. Upstream waves and particles // Space Sci. Rev. 1983. V. 34. P. 115–172.

25. Troitskaya V.A. Pulsations of the Earth`s electromagnetic field with periods of 1–15 s and their connection with phenomena in the high atmosphere // J. Geophys. Res. 1961. V. 66, N 1. P. 5–18.

26. Troitskaya V.A. ULF wave investigations in the dayside cusp // Adv. Space Res. 1985. V. 5, N 4. P. 219–228.

27. Troitskaya V.A., Bolshakova O.V. Diurnal latitude variation of the location of the dayside cusp // Planet. Space Sci. 1977. V. 25. P. 1167–1169.

28. Troitskaya V.A., Bolshakova O.V. Diagnostics of the magnetosphere using multipoint measurements of ULF waves // Adv. Space Res. 1988. V. 8. P. 413–425.

29. Troitskaya V.A., Guglielmi A.V. Geomagnetic micropulsations and diagnostics of the magnetosphere // Space Sci. Rev. 1967. V. 7, N 5/6. P. 689–769.

30. Yamauchi M., Nilsson H., Eliasson L., et al. Dynamic response of the cusp morphology to the solar wind: a case study during passage of the solar wind plasma cloud on February 21, 1994 // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. P. 24675–24687.

31. URL: http://omniweb.gsfc.nasa.gov/ow.html (дата обращения 10 ноября 2017 г.).

32. URL: http://www.wdcb.ru/stp/index.ru.html (дата обращения 10 ноября 2017 г.).

Войти или Создать
* Забыли пароль?