Положение источника дневных высокоширотных магнитных импульсов в магнитосфере по данным спутников DMSP

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Дневные высокоширотные геофизические явления несут наземному наблюдателю информацию о процессах на дневной магнитопаузе и/или в примыкающих к ней магнитосферных доменах. Предполагается, что эти явления инициируются изменением параметров межпланетной среды и поэтому могут использоваться как инструмент для исследования способов проникновения энергии солнечного ветра через магнитопаузу. К таким явлениям относятся магнитные импульсы, представляющие собой изолированный цуг затухающих колебаний из 2−3 всплесков с периодом следования 8−12 минут. По данным скандинавской сети магнитометров IMAGE исследовано восемь событий магнитных импульсов, для которых спутники DMSP пролетали над областью наблюдений во время, незадолго до и сразу после импульса, пересекая при этом границы нескольких доменов. По наземным данным и данным спутников DMSP показано, что ассоциируемый с импульсами втекающий продольный ток располагается вдали от магнитопаузы. Это означает, что импульс не может рассматриваться как ионосферный след пересоединившейся силовой трубки (flux transfer event, FTE) и/или как travelling convection vortices, TCV. На бóльшей статистике установлено, что импульсу предшествуют заметные изменения By- и Bz-компонент ММП, в то время как вклад в генерацию магнитного импульса быстрого изменения давления и скорости солнечного ветра, а также Bx-компоненты ММП, не очевиден. Обсуждается возможный сценарий инициации магнитного импульса вариациями ММП.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Сафаргалеев

Санкт-Петербургский филиал института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (С-Пб ИЗМИРАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: Vladimir.safargaleev@pgia.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Воробьев В.Г., Зверев В.Л. Старков Г.В. Геомагнитные импульсы в дневной высокоширотной области: основные морфологические характеристики и связь с динамикой дневных сияний // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 33. 69−79. 1993.
  2. Воробьев В.Г., Зверев В.Л. Морфологические особенности перемещающихся токовых вихрей. // Геомагнетизм и аэрономия.Т. 35. № 5. С. 35−43. 1997
  3. Ляцкий В.Б., Мальцев Ю.П. Магнитосферно-ионосферное взаимодействие. М.: Наука, 192 с. 1983.
  4. Пилипенко В.А. Резонансные эффекты ультра-низкочастотных волновых полей в околоземном пространстве // Автореф. дис. док. физ.-мат. наук. М.: изд-во ИФЗ РАН, 33 с. 2006.
  5. Amm O., Engebretson M.J., Hughes T., Newitt L., Viljanen A., Watermann J. A traveling convection vortex event study: Instantaneous ionospheric equivalent currents, estimation of fieldaligned currents, and the role of induced currents // J. Geophys. Res. V. 107. 1334. 2002. https://doi.org/10.1029/2002JA009472.
  6. Beaujardiere O. de la, Watermann J., Newell P., Rich F. Relationship between Birkeland current regions, particle precipitation, and electric field // J. Geophys. Res. V. 98. P. 711−7720. 1993. https://doi.org/10.1029/92JA02005.
  7. Bering III E.A., Lanzerotti L.J., Benbrook J.R., Lin Z.-M. Solar wind properties observed during high-latitude impulsive perturbation events // Geophys. Res. Lett. V. 17. P. 579−582. 1990. https://doi.org/10.1029/GL017i005p00579.
  8. Clauer C.R., Ridley A.J., Sitar R.J., Singer H.J., Rodger A.S., Friis-Christensen E., Papitashvili V.O. Field line resonant pulsations associated with a strong dayside ionospheric shear convection flow reversal // J. Geophys. Res. V. 102. P. 4585 – 4596. 1997. https://doi.org/10.1029/96JA02929.
  9. Eastwood J.P., Sibeck D.G., Angelopoulos V., Phan T.D., Bale S.D., McFadden J.P., et al. THEMIS observations of a hot flow anomaly: Solar wind, magnetosheath, and ground-based measurements // Geophys. Res. Lett. V. 35. № 17. 2008. https://doi.org/10.1029/2008GL033475.
  10. Friis-Christensen E., McHenry M.A., Clauer C.R., Vennerstrøm S. Ionospheric traveling convection vortices observed near the polar cleft: A triggered response to sudden changes in the solar wind // Geophys. Res. Lett. V. 15. P. 253–256. 1998. https://doi.org/10.1029/GL015i003p00253.
  11. Goertz C.K., Nielsen E., Korth A., Glassmeier K.H., Haldoupis C., Hoeg P., Hayward D. Observations of a possible ground signature of flux transfer events // J. Geophys. Res. V. 90. P. 4069–4078. 1985. https://doi.org/10.1029/JA090iA05p04069.
  12. Kim H., Lessard M.R., Jones S.L., et al. Simultaneous observations of traveling convection vortices: Ionosphere-thermosphere coupling // J. Geophys. Res. V. 122. P. 4943–4959. 2017. https://doi.org/10.1002/2017JA023904.
  13. Konik R.M., Lanzerotti L.J., Wolfe A., Maclennan C.G., Venkatesan D. Cusp latitude magnetic impulse events, 2, Interplanetary magnetic field and solar wind conditions // J. Geophys. Res. V. 99. P. 14831−14853. 1994. https://doi.org/10.1029/93JA03241.
  14. Lanzerotti L.J., Lee L.C., Maclennan C.G., Wolfe A., and Medford L.V. Possible evidence of flux transfer events in the polar ionosphere // Geophys. Res. Lett. 13. P. 1089−1092. 1986. https://doi.org/10.1029/GL013i011p01089.
  15. Leonovich A.S., Mazur V.A. Resonance excitation of standing Alfven waves in an axisymmetric magnetosphere (nonstationary oscillations) // Planet. Space Sci. V. 37. P. 1109–1116. 1989. https://doi.org/10.1016/0032-0633(89)90082-2.
  16. Leonovich A.S., Kozlov D.A. Focusing of fast magnetosonic waves in the dayside magnetosphere // J. Geophys. Res. V. 125. e2020JA027925. 2020. https://doi.org/ 10.1029/2020JA027925.
  17. Lin Y., Swift D.W., Lee L.C. Simulation of pressure pulses in the bow shock and magnetosheath driven by variations in interplanetary magnetic field direction // J. Geophys. Res. V. 101. P. 2725−27269. 1996. https://doi.org/10.1029/96JA02733.
  18. Lühr H., Lockwood M., Sandholt P.E., Hansen T.L., Moretto T. Multi-instrument ground-based observations of a travelling convection vortices event // Ann. Geophys. V. 1. P. 162−181. 1996. https://doi.org/10.1007/s00585-996-0162-z.
  19. Moretto T., Friis-Christensen E., Lühr H., Zesta E. Global perspective of ionospheric traveling convection vortices: Case studies of two Geospace Environmental Modeling events // J. Geophys. Res. V. 102. P. 11597–11610. 1997. https://doi.org/10.1029/97JA00324
  20. Moretto T., Sibeck D., Watermann J. Occurrence statistics of magnetic impulsive events // Annales Geophysicae. V. 22. P. 585−602. 2004. https://doi.org/10.5194/angeo-22-585-2004.
  21. Newell P.T., Wing S., Meng C-I., Sigilitto V. The auroral oval position, structure and intensity of precipitation from 1984 onward: an automated on-line base // J. Geophys. Res. V. 96. P. 5877−5882. 1991. https://doi.org/10.1029/90JA02450.
  22. Newell P.T., Meng C.-I. Mapping the dayside ionosphere to the magnetosphere according to particle precipitation characteristics // Geophys. Res. Lett. V. 19. P. 609−612. 1992. https://doi.org/10.1029/92GL00404.
  23. Palin L., Opgenoorth H.J., Årgen J., et al. Modulation of the substorm current wedge by bursty bulk flows: 8 September 2002 – Revisited // J. Geophys. Res. V. 121. P. 4466–4482. 2016. https://doi.org/10.1002/2015JA022262.
  24. Pilipenko V.A., Engebretson M.J., Hartinger M.D, Fedorov E.N., Coyle S. Electromagnetic fields of magnetospheric disturbances in the conjugate ionospheres: Current/voltage dichotomy / Cross-Scale Coupling and Energy Transfer in the Magnetosphere-Ionosphere-Thermosphere System, ed. by T. Nishimura, O. Verkhoglyadova, and Y. Deng, Elsevier B.V. Amsterdam. 357-440. 2021. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821366-7.00005-6.
  25. Ridley A.J. Estimations of the uncertainty in timing the relationship between magnetospheric and solar wind processes // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 62. P. 757‒771. 2000. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(00)00057-2.
  26. Safargaleev V., Kangas J., Kozlovsky A., Vasilyev A. Burst of ULF noise excited by sudden changes of solar wind dynamic pressure // Ann. Geophys. V. 20. P. 1751‒1761. 2002. https://doi.org/10.5194/angeo-20-1751-2002.
  27. Samsonov A.A., Nemeček Z., Šafránkova J. Numerical MHD modeling of propagation of interplanetary shock through the magnetosheath // J. Geophys. Res. V. 111. A08210. 2006. https://doi.org/10.1029/2005JA011537.
  28. Sibeck D.G. A model for the transient magnetospheric response to sudden solar wind dynamic pressure variations // J. Geophys. Res. V. 95. P. 3755–3771.1990. https://doi.org/10.1029/JA095iA04p03755.
  29. Sibeck D.G. Transient events in the outer magnetosphere: Boundary waves or flux transfer events? // J. Geophys. Res. V. 97. 4009–4026. 1992. https://doi.org/10.1029/91JA03017
  30. Sibeck D.G., Trivedi N.B., Zesta E., Decker R.B, Singer H.J., Szabo A., Tachihara H., Watermann J. Pressure pulse interaction with the magnetosphere and ionosphere // J. Geophys. Res. V. 108. 1095. 2003. https://doi.org/10.1029/2002JA009675.
  31. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I., and Zverev V.L. Morphological features of bipolar magnetic impulsive events and associated interplanetary medium signatures. // J. Geophys. Res. V. 104. P. 4595−4608. 1999. https://doi.org/10.1029/1998JA900042.
  32. Yahnin A., Titova E., Lubchich A., Bösinger T., Manninen J., Turunen T., Hansen T., Troshichev O., Kotikov A. Dayside high latitude magnetic impulsive events: their characteristics and relationship to sudden impulses // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 57. P. 1569–1582. 1995. https://doi.org/10.1016/0021-9169(95)00090-O.
  33. Yahnin A.G., Vorobjev V.G., Bösinger T., Rasinkangas R., Sibeck D.G., Newell P.T. On the source region of traveling convection vortices // Geophys. Res. Lett. V. 24. P. 237–240. 1997. https://doi.org/10.1029/96GL03969.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) − Магнитный импульс на цепочке станций IMAGE (выделен серым). Момент пролета спутника F16 показан стрелкой. (б) − 1D распределение эквивалентного ионосферного тока, показывающее динамику восточного (+) и западного (-) токов магнитного импульса на меридиане 22° E. (в) − Вихревой характер распределения эквивалентного тока. Направление тока показано стрелками.

Скачать (437KB)
Метаданные
3. Рис. 2. (а) − Характер высыпаний вдоль траектории спутника с указанием магнитосферных доменов спустя три минуты после начала импульса. (б) − Фрагмент траектории F16. Положение границ cps/bps показано крестиками. Область высыпаний из bps закрашена серым. Штриховая линия – геомагнитная широта (границы доменов вне траектории). Квадратик – центр вихря на меридиане 22°E, вдоль которого рассчитывалось 1D распределение эквивалентного тока на рис. 1б.

Скачать (418KB)
Метаданные
4. Рис. 3. (а) − Противофазный характер изменения магнитного поля. Стрелкой показан момент пролета спутника F17 над сетью IMAGE. (б) − Динамика восточного (+) и западного (-) токов магнитного импульса на меридиане 22° E. Тонкая вертикальная линия – момент времени, для которого рассчитывалась карта эквивалентного тока. (в) – Вихреобразная структура с несколькими центрами на карте эквивалентного тока магнитного импульса. Направление тока показано стрелками. (г) − Характер высыпаний над областью наблюдений по данным DMSP F17. (д) − Фрагмент траектории F17. Крестики – реперные точки для построения траектории. Квадратики – положение центра вихря.

Скачать (550KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вариации параметров межпланетной среды у лобовой точки ударной волны за промежуток времени, включающий интервал наблюдения магнитного импульса (выделен серым цветом, см. также рис. 3а). Сверху вниз: скорость и давление солнечного ветра, три компоненты ММП. Нижняя панель – ступенеобразное увеличение Х-компоненты геомагнитного поля на экваториальной станции AAE.

Скачать (261KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Три примера магнитных импульсов (интервалы выделены серым цветом) в контексте изменения параметров межпланетной среды на лобовой точке фронта ударной волны. Сверху вниз: вариации давления и скорости солнечного ветра, вариации ММП, магнитограммы станций сети IMAGE, демонстрирующие противофазный характер магнитного импульса, вариации геомагнитного поля на экваториальных станциях.

Скачать (582KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025