сотрудник с 01.01.1975 по 01.01.2021
Иркутск, Иркутская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Апатиты, Россия
Соданкюля, Финляндия
Улан-Батор, Монголия
Паратунка, Камчатский край, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Апатиты, Россия
УДК 55 Геология. Геологические и геофизические науки
В статье на примере события 22.06.2015 г. приведены новые данные о наличии предвестника большого геомагнитного положительного импульса (ΔSYM-H=110 нТл), вызванного межпланетной ударной волной (МУВ) и развивающегося на фоне главной фазы магнитной бури. Предвестник зарегистрирован глобально в 18:33:27 UT на сети индукционных магнитометров. Он представляет собой цуг колебаний с падающей частотой, имеющий резонансную структуру в спектре в диапазоне 0.25–11 Гц, длительностью ~20 с. Не обнаружено значительных задержек сигналов в реализациях, полученных в далеко отстоящих обсерваториях узкополосной фильтрацией в четырех частотных диапазонах. Выдвинуто предположение, что импульс может возбуждаться в волноводе Земля — ионосфера импульсным электрическим полем, которое возникает в ионосфере при кратковременных процессах взаимодействия МУВ с магнитосферой.
положительный геомагнитный импульс, глобальный предвестник, широкополосный всплеск геомагнитных пульсаций, спектральная резонансная структура, резонатор Земля — ионосфера, ионосферный альфвеновский резонатор
ВВЕДЕНИЕ
Импульсное воздействие межпланетной ударной волны (МУВ) на магнитосферу происходит в течение короткого времени и вызывает ряд глобальных возмущений. Наиболее яркими и хорошо отождествимыми эффектами являются положительные и отрицательные магнитные импульсы, которые под-разделяются на внезапные начала SSC (SSC*) (sud-den storm commencement) и внезапные импульсы SI (SI*) (sudden impulse). Обозначение * используется в случаях, когда положительному изменению геомагнитного поля предшествует кратковременное изменение геомагнитного поля обратного знака — предварительный обратный импульс (PRI — preliminary reverse impulse). Результаты изучения этих явлений за более чем 100-летнюю историю обобщены в обзоре [Curto et al., 2007]. Время нарастания Н-компоненты от начала SSC до его максимума, определенное по данным сети INTERMAGNET, колеблется от 2 до 10 мин при среднем значении 4 мин. В геомагнитных пульсациях откликом на внезапные импульсы являются всплески колебаний в широком диапазоне частот 0.0016–5 Гц, (геомагнитные пульсации Psc1-5).
Оснащение обсерваторий индукционными магнитометрами с высокой чувствительностью и частотой дискретизации до 100 Гц позволяют обнаружить новые особенности внезапных магнитных импульсов. В статьях [Пархомов и др., 2014, 2017] сообщается о кратковременных (≤20 с) предвестникаx SSC — импульсных всплесках геомагнитных пульсаций в частотном диапазоне 0.2–7 Гц, предваряющих внезапные начала геомагнитных бурь с большой величиной скачка горизонтальной компоненты ΔН. Всплески наблюдались преимущественно при северной ориентации вертикальной компоненты межпланетного магнитного поля (ММП). Для обозначения компонент ММП в статье используется солнечно-эклиптическая система координат GSE.
В работе [Пархомов и др., 2014] для изучения характеристик всплесков пульсаций использовались только данные наземных магнитометров и параметры солнечного ветра (СВ). В статье [Пархомов и др., 2017] кроме наземных данных, включающих наблюдения магнитного поля и риометрического поглощения, были привлечены данные о высыпаниях частиц, полученные на низкоорбитальных спутниках POES. Было показано, что начало магнитной бури 17.03.2015 г. предварялось глобальной генерацией цуга колебаний длительностью ~4 с. На дневной стороне этому цугу, в свою очередь, предшествовали высыпания энергичных электронов и протонов, очевидно, связанные с развитием циклотронной неустойчивости во время сжатия магнитосферы.
Характерным признаком всплесков геомагнитных пульсаций, рассмотренных в работах [Пархомов и др., 2014, 2017], является гребнеобразный характер распределения энергии в спектре колебаний. Такое распределение обычно называют спектральной резонансной структурой (СРС) и связывают с наличием в магнитосфере ионосферного альфвеновского резонатора (ИАР) [Поляков, Рапопорт, 1981; Belyaev et al., 1989] или с интерференцией прямого и отраженного от верхней ионосферы сигналов от молниевого разряда [Fedorov et al., 2014]. Особенности морфологии и суточного поведения СРС на разных широтах исследованы в статьях [Bösinger et al., 2002, 2004; Semenova, Yahnin, 2008; Yahnin et al., 2003].
Чтобы понять природу всплеска пульсаций, опережающего классические проявления внезапных магнитных импульсов, опубликованных результатов явно недостаточно. В данной работе мы представляем новые данные, полученные из анализа явлений, сопровождающих положительный магнитный импульс с амплитудой ~110 нТл. Этот импульс являлся последним и самым большим из зарегистрированных 21.06.2015 г. в 16:44 UT (1), 22.06.2015 г. в 05:44 UT (2) и в 18:33 UT (3) (рис. 1, 2). Указанные импульсы вызваны взаимодействием с магнитосферой трех МУВ [http://umtof.umd.edu/pm/FIGS.HTML].
По данным каталога «International Service on Rapid Magnetic Variations» [http://www.obsebre.es/en/rapid] все указанные импульсы отнесены к типу SSC. Однако в работе [Громова и др., 2016] первые два импульса отнесены к типу SI, а третий наиболее сильный положительный магнитный импульс (ΔSYM-H~110 нТл) назван аналогом SC. Во избежание разночтений все три положительных скачка геомагнитного поля, которые наблюдались после контакта с магнитосферой трех МУВ, будем называть магнитными импульсами, нумеруя их по времени наблюдения (рис. 1, 2). В частотном диапазоне геомагнитных пульсаций все импульсы сопровождались всплесками Psc1-5. Интересующий нас всплеск пульсаций (предвестник) наблюдался в последнем из этих событий, ему будет уделено основное внимание.
1. Громова Л.И., Клейменова Н.Г., Левитин А.Е. и др. Дневные геомагнитные возмущения в высоких широтах во время сильной магнитной бури 21-23 июня 2015 года: начальная фаза бури. Геомагнетизм и аэрономия // 2016. Т. 56, № 3. С. 302-313. DOI:https://doi.org/10.7868/S0016794016030056.
2. Гульельми А.В. МГД-волны в околоземной плазме. М.: Наука, 1979. 140 c.
3. Леонович А.С., Мазур В.А. Линейная теория МГД-колебаний магнитосферы. М.: Физмат-лит, 2016. 317 с.
4. Нишида А. Гидромагнитный диагноз магни-тосферы. М.: Мир, 1980. 299 с.
5. Пархомов В.А., Довбня Б.В., Бородкова Н.А. и др. Импульсные всплески геомагнитных пульсаций в частотном диапазоне 0.2-7 Гц как первый сигнал о взаимодействии межпла-нетных ударных волн с магнитосферой Земли // Солнечно-земная физика. 2014. Вып. 25. С. 21-28.
6. Пархомов В.А., Бородкова Н.Л., Яхнин А.Г. и др. Глобальный импульсный всплеск геомагнитных пульсаций в частотном диапазоне 0.2-5 Гц как предвестник внезапного начала геомагнитной бури Святого Патрика 17.03.2015 // Космические иссл. 2017. № 4. С. 321-334.
7. Поляков С.В., Рапопорт В.О. Ионосферный альфвеновский резонатор // Геомагнетизм и аэрономия. 1981. Т. 21, № 5, C. 610-614.
8. Belyaev P.P., Polyakov S.V., Rapoport V.O., Trakhtengerts V.Y. Experimental studies of res-onance structure in the spectrum of atmospheric electromagnetic background noise in the range of short-period geomagnetic pulsations // Radio-physics and Quantum Electronics. 1989. V. 32. P. 491-498.
9. Bösinger T., Haldopis C., Belyaev P.P., et al. Spectral properties of the ionospheric Alfven resonator as observed at a low latitude station (L=1.3) // J. Geophys. Res. 2002. V. 107, N A10. DOI:https://doi.org/10.1029/2001JA005076.
10. Bösinger T., Demekhov A.G., Trakhtengerts V.Y. Fine structure in ionospheric Alfven reso-nator spectra observed at low latitude (L=1.3) // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31. L18802. P. 1281. DOI:https://doi.org/10.1029/2004GL020777.
11. Cully C.M., Ergun R.E., Stevens K., et al. The THEMIS Digital Fields Board // Space Sci. Rev. 2008. V. 141, iss. 1-4. P. 343-355.
12. Curto J.J., Araki T., Alberca L.F. Evolution of the concept of sudden storm commencements and their operative identification // Earth, Planets and Space. 2007. V. 59, N 11. P. i-xii.
13. Dovbnya B.V., Guglielmi A.V., Potapov A.S., Kline B.I. On the existence of an over iono-spheric Alfven resonator // Solar-Terr. Phys. 2013. Iss. 22. P. 12-15.
14. Fedorov E., Schekotov A., Hobara Y., et al. The origin of spectral resonance structures of the ionospheric Alfvén resonator. Single high-altitude reflection or resonant cavity excitation? // J. Geophys. Res. 2014. V. 119. P. 3117-3129. DOI:https://doi.org/10.1002/2013JA019428.
15. Hayakawa M., Nickolaenko A.P., Ogava T., Komatsu V. Q-bursts waveforms: model and experiment // Telecommunications and Radio Engineering 2002. V. 69(19). P. 1735-1750. DOI:https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v.69.i19.50.
16. Kangas J., Guglielmi A., Pokhotelov O. Mor-phology and physics of short-period magnetic pulsations (A review) // Space Sci. Rev. 1998. V. 83. P. 435-512.
17. Levshin A.A., Frantsuzova V.I, Shkadinskaya G.V. Spectral-temporal analysis of seismic wave // Computer seismology. 1968. V. 4. P. 197.
18. Lin R.L., Zhang X.X., Liu S.Q., et al. A three-dimensional asymmetric magnetopause model // J. Geophys. Res. 2010. V. 115, iss. 4. CiteID A04207. DOI:https://doi.org/10.1029/2009JA014235.
19. Marmet P. New digital filter for analysis of ex-perimental data // Rev. of Scientific Instruments. 1979. V. 50, N 1. P. 79-83.
20. Nickolaenko A.P., Hayakawa M. Resonances in the Earth - Ionosphere Cavity. Cluver Academic Publishing. Dordreht, Neederland. 2002. 380 p.
21. Olson J.V., Lee L.G. Pc1 wave generation by sudden impulses // Planet. Space Sci. 1983. V. 31, N 3. P. 295-302.
22. Parkhomov V.A., Dmitriev A.V., Tsegmed B. On the origin of burst Pc1 pulsations produced in interaction with an oblique interplanetary shock // Planet. Space Sci. 2015. V. 109-110, N.1. P. 21-31.
23. Parkhomov V.A., Dovbnya B.V., Borodkova N.L., et al. Impulse Bursts of Geomagnetic Pul-sations as the Ground Signature of Contact of Interplanetary Irregularity with the Dayside Magnetopause. Open Access Library J. 2016. 3: e2493. DOI:https://doi.org/10.4236/oalib.1102493.
24. Safargaleev V., Kangas J., Kozlovsky A.Q., Va-silyev A. ULF noice excited by sudden solar wind dynamic pressure // Annales Geophys. 2002. V. 20. P. 1751-1761.
25. Saito T. Geomagnetic pulsations // Space Sci. Rev. 1969. V. 10, N 3. P. 319-412.
26. Semenova N.V., Yahnin A.G. Diurnal behaviour of the ionospheric Alfven resonator signatures as observed at high latitude observatory Barentsburg (L=15) // Ann. Geophys. 2008. V. 26. P. 2245-2251.
27. Shiokawa K., Nomura R., Sakaguchi K., et al. The STEL induction magnetometer network for observation of high-frequency geomagnetic pul-sations // Earth, Planets and Space. 2010. V. 62, iss. 6. P. 517-524.
28. Yahnin A.G., Semenova N.V., Ostapenko A.A., et al. Morphology of the spectral resonance structure of the electromagnetic background noise in the range of 0.1-4Hz at L = 5.2 // Ann. Ge-ophys. 2003. V. 21. P. 779-786.
29. URL: http://umtof.umd.edu/pm/FIGS.HTML (дата обращения 16 августа 2018 г.).
30. URL: http://www.obsebre.es/en/rapid (дата обращения 16 августа 2018 г.).
31. URL: https://satdat.ngdc.noaa.gov/sem/goes/data/full (дата обращения 16 августа 2018 г.).
32. URL: https://cdaweb.sci.gsfc.nasa.gov/cdaweb/istp_public (дата обращения 16 августа 2018 г.).
