Санкт-Петербург, Россия
Санкт-Петербург, Россия
Санкт-Петербург, Россия
Иркутск, Россия
Очень сильное межпланетное и магнитосферное возмущение, наблюдавшееся 7–13 ноября 2004 г., можно рассматривать как одно из сильнейших событий за весь период космических наблюдений. Исследованы вариации жесткости геомагнитного обрезания (ЖГО) космических лучей (КЛ) во время этой бури и показано, как штормовые условия могут повлиять на доступ КЛ к внутренней магнитосфере. Эффективные ЖГО были рассчитаны для выбранных точек на Земле методом прослеживания траекторий частиц КЛ через магнитосферу, описанную моделью Цыганенко в 2003 г. [Tsyganenko, 2002a, b; Tsyganenko et al., 2003]. Изменения в ЖГО определялись также методом спектрографической глобальной съемки (СГС) по экспериментальным данным сети нейтронных мониторов. Были исследованы корреляционные соотношения между расчетными и экспериментальными ЖГО, а также между Dst-индексом геомагнитной активности и межпланетными параметрами. Коэффициенты корреляции между ЖГО, полученными методом прослеживания траекторий и методом СГС, находятся в пределах 0.76–0.89 для всех выбранных точек, за исключением низкоширотной станции Токио (0.35). Наиболее сильная корреляция была выявлена между ЖГО, изменения которых достигают 1–1.5 ГВ во время магнитной бури, и Dst-индексом.
космические лучи, жесткости обрезания, магнитные бури, модель магнитосферы
ВВЕДЕНИЕ
Планетарное распределение жесткости геомагнитного обрезания (ЖГО) космических лучей (КЛ), т. е. самой низкой жесткости, которой должна обладать частица, чтобы проникнуть в заданную точку в магнитосфере, определяется пространственной структурой и интенсивностью магнитосферного магнитного поля. Динамические процессы в магнитосфере приводят к вариациям магнитосферного магнитного поля и, следовательно, к вариациям КЛ, которые связаны с изменениями ЖГО [Dorman et al., 1973; Flueckiger et al., 1986; Smart et al., 2000].
Проблема влияния возмущений геомагнитного поля на ЖГО наиболее детально рассмотрена в работах [Shea et al., 1965, 1976; Dorman et al., 1973; Flueckiger et al., 1983; Тясто, 1991; Smart et al., 2000; Kress et al., 2004; Belov et al., 2005; Tyasto et al., 2008; Kudela et al., 2008].
Для определения ЖГО обычно используется метод прослеживания траекторий частиц КЛ в магнитном поле магнитосферы, описываемой моделью, в которой учитываются магнитное поле внутренних источников и поля от систем электрических токов в магнитосфере.
В большинстве статей рассматриваются изменения ЖГО во время умеренных геомагнитных возмущений. Оценки временных изменений ЖГО и асимптотических направлений для отдельных наземных станций, полученные для разных моделей магнитосферного магнитного поля во время сильных магнитных возмущений, весьма существенно различаются [Kudela et al., 2008]. Сильные магнитные бури являются относительно редкими явлениями, следовательно, данные для очень возмущенных периодов составляют малую часть данных, используемых для создания эмпирических моделей магнитного поля магнитосферы. Это объясняет, почему модели магнитосферного магнитного поля для сильно возмущенной магнитосферы [Tsyganenko, 2002a, b; Tsyganenko et al., 2003; Tsyganenko, Sitnov, 2005] были разработаны позднее, чем модели для умерен-ных бурь.
Солнечные вспышки и эруптивные выбросы на-блюдались в конце октября - начале ноября 2004 г. Повышенная солнечная активность была связана с прохождением по диску Солнца двух групп пятен - активных областей (АО) 10691 и 10696 [Ермолаев и др., 2008]. Число и мощность вспышек были не очень высоки, тем не менее магнитная буря 7-13 ноября 2004 г. была одной из самых сильных за весь период наблюдений Dst-индекса. Буря, по-видимому, была вызвана межпланетным корональным выбросом массы с сильным магнитным полем южного направления (~45 нТл). Эта магнитная буря состояла из двух бурь, следующих одна за другой. Минимум Dst первой бури (Dst= −373 нТл) приходится на 06 UT 8 ноября, второй бури (Dst= −295 нТл) - на ~10 UT 10 ноября 2004 г. Начальная фаза второй бури наблюдалась на фазе восстановления первой бури, когда Dst-вариация была еще достаточно сильной (~100 нТл).
Целью нашей работы является исследование из-менений проникновения КЛ во внутреннюю магнитосферу, вызванных возмущением магнитного поля во время бури 7-14 ноября 2004 г. Мы использовали модель Цыганенко, которая описывает магнитосферное магнитное поле в условиях сильной возмущенности [Tsyganenko, 2002a, b; Tsyganenko et al., 2003]. Для расчета ЖГО методом СГС были взяты данные наблюдений КЛ мировой сети нейтронных мониторов [Dvornikov, Sdobnov, 2002].
____________________________________________________________________________________________
* На английском языке статья опубликована в журнале "AdvancedinSpaceResearch". 2013. V. 51, N7. P. 1230-1237. На русском языке публикуется впервые по лицензии издательства IOPscience.
1. Дорман Л.И., Гущина Р.Г., Shea M.A., Smart D.F. Эффективные жесткости обрезания космических лучей. М.: Наука, 1972. 280 с.
2. Ермолаев Ю. И. и др. Год спустя: солнечные, гелиосферные и магнитосферные возмущения в ноябре 2004 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2005. Т. 45, № 6. С. 1-41.
3. Тясто М.И. Изменения пороговых жесткостей космических лучей под влиянием круговых токов различной конфигурации // Геомагнетизм и аэрономия. 1991. Т. 31, № 1. С. 49-52.
4. Belov A., Baisultanova L., Eroshenko E., et al. Magnetospheric effects in cosmic rays during the unique magnetic storm on November 2003 // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, A09S20. DOIhttps://doi.org/10.1029/2005JA011067.
5. Cooke D.J., Humble J.E., Shea M.A., et al. On cosmic ray cutoff terminology // Nuovo Cimento. 1991. V. 14. P. 213-224.
6. Dorman L.I. Cosmic Rays in Magnetospheres of the Earth and other Planets. Springer, 2009. 779 p.
7. Dorman L.I., Smirnov V.S., Tyasto M.I. Cosmic Rays in the Earth´s Magnetic Field. Washington, NASA, Springfield, Va. 1971. 423 p.
8. Dvornikov V.E., Sdobnov V. E. Variations in the rigidity spectrum and anisotropy cosmic rays at the period of Forbush effect on the 12-25 July 1982 // Intern. J. Geomagn. Aeron. 2002. V. 3. P. 217-223.
9. Ermolaev U.I., Zelenyi L.M., Zastenker V.D., et al. Magnetic storm of November, 2004: Solar, interplanetary, and magnetospheric disturbances // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2008. V. 70. P. 334-341.
10. Flueckiger E.O., Smart D.F., Shea M.A. The effect of local perturbations of the geomagnetic field on cosmic ray cutoff rigidities at Jung-fraujoch and Kiel // J. Gephys. Res. 1983. V. 88, N A9. P. 6961-6968.
11. Flueckiger E.O., Smart D.F., Shea M.A. A procedure for estimating the changes in cosmic ray cutoff rigidities and asymptotic directions at low and middle latitudes during periods of enhanced geomagnetic activity // J. Geophys. Res. 1986. V. 91, N A7. P. 7925-7930.
12. Greenspan M., Hamilton D.C. A test of the Dessler-Parker-Sckopke relation during magnetic storms // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. P. 5419-5430.
13. Khabarova O.V., Rudenchik E.A. On the peculiarities of changes of solar wind and geomagnetic field oscillation regime before the magnetic storms - Wavelet-analysis results // Electronic journal of Russian Academy of Science. The Earth sciences. 2003. № 1(21) URL: http://www.scgis.ru/russian/ cp1251/h_dgggms/1-2003/screp-5.pdf
14. Kress B.T., Hudson M.K., Perry K.L., Slocum P.L. Dynamic modeling of geomagnetic cutoff for the 23-24 November 2001 solar energetic particle event // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31, Iss. 4, CiteID L04808. DOI:https://doi.org/10.1029/2003 GL018599.
15. Kudela K., Bucik R., Bobik P. On transmissivity of low energy cosmic rays in the disturbed magnetosphere // J. Adv. Space Res. 2008. V. 42, N 7. P. 1300-1306. DOI:https://doi.org/10.1016/j. asr.2007.09.033
16. Kuznetsov S.N., Yushkov B.Y., Kassovicova J., et al. Changes of geomagnetic transmissivity in the disturbed magnetosphere: Ground-based and CORONAS-F observations // Czechoslovak J. Phys. 2006. V. 56, N 6. P. 629-639.
17. Maltsev Y.P. Points of controversy in the study of magnetic storms // Space Sci. Rev. 2004. V. 110 N 3-4. P. 227-277.
18. Maltsev Y.P., Ostapenko A.A. Azimuthally asymmetric ring current as a function of Dst and solar wind conditions // Ann. Geophys. 2004. V. 22. P. 2989-2996.
19. McCracken K.G., Rao U.R., Shea M.A. The trajectories of cosmic rays in a high degree simulation of the geomagnetic field // M.I.T. Tech. Rep. 77, Lab. for Nucl. Sci. and Eng., Mass. Inst. of Technol., Cambridge. 1962.
20. Pchelkin V.V., Pchelkina E.V., Golovchanskaya I.V. Anomalous behavior of cutoff rigidity variation in the region of the Mexico station during a magnetic superstorm // Ann. Geophys. 2007. V. 25. P. 1721-1725.
21. Smart D.F, Shea M.A., Flueckiger E.O. Magnetospheric models and trajectory computations // Space Sci. Rev. 2000. V. 93. P. 271-298.
22. Shea M.A., Smart D.F., McCracken K.G. A study of vertical cutoff rigidities using sixth degree simulations of the geomagnetic field // J. Geophys. Res. 1965. V. 70, N 17. P. 4117-4130.
23. Shea M.A., Smart D.F., Carmichael H. Summary of Cutoff Rigidities Calculated with the International Geomagnetic Reference Field for Various Epochs. Rep. AFGL-TR-76-0115, Environ. Res. Pap. 561, Air Force Geophys. Lab., Bedford, Mass. 1976.
24. Tsyganenko N.A. A model of the near magnetosphere with a dawn-dusk asymmetry. 1. Mathematical structure // J. Geophys. Res. 2002a. V. 107, N A8, P. 1179. DOI: 10.1029/ 2001JA000219, SMP12(1-17)
25. Tsyganenko N.A. A model of the near magnetosphere with a dawn-dusk asymmetry. 2. Parame-terization and fitting to observations // J. Geophys. Res. 2002b. V. 107, N A8. P. 1176. DOI:https://doi.org/10.1029/2001JA000220, SMP10(1-17).
26. Tsyganenko N.A., Singer H.J., Kasper J.C. Storm-time distortion of the inner magnetosphere; How severe can it get? // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N A5. P. 1209. DOI: 10.1029/ 2002JA009808.
27. Tsyganenko N.A., Sitnov M.I. Modeling the dynamics of the inner magnetosphere during strong geomagnetic storms // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. A03208. DOI: 10.1029/ 2004JA010798.
28. Tyasto M.I., Danilova O.A., Dorman L.I., et al. On the possibility to check the magnetosphere model by CR: The strong geomagnetic storm in November 2003 // Adv. Space Res. 2008. V. 42, N 9. P. 1556-1563.
