Геомагнетизм и аэрономия, 2021, T. 61, № 4, стр. 478-489

1. ВВЕДЕНИЕ

Традиционно считается, что магнитные возмущения на Земле и, в частности, возбуждение ультранизкочастотных (УНЧ) волн контролируется солнечным ветром и межпланетным магнитным полем (ММП), особенно вертикальной компонентой ММП (Bz). От направления Bz-компоненты существенно зависит процесс пересоединения между силовыми линями межпланетного и геомагнитного поля, положение его локализации. В свою очередь, процессы пересоединения ответственны за поступление энергии солнечного ветра в магнитосферу, изменение топологии магнитного поля, возбуждение УНЧ-волн и многие другие явления [Нишида, 1980; Прист и Форбс, 2005]. Из литературных источников известны примеры генерации УНЧ-волн (геомагнитных пульсаций) в магнитосфере, связанных со сменой знака Bz-компоненты ММП. Так, в работе [Большакова и Троицкая, 1982] показано, что при изменении направления Bz-компоненты ММП с северного направления на южное в области дневного каспа наблюдаются отдельные интенсивные всплески длиннопериодных пульсаций ipcl. Заметим, что иррегулярные геомагнитные пульсации ipcl (irregular pulsations continuous long period) с периодами от 3 до 15–20 мин исследуются, начиная с пионерских работ [Troitskaya et al., 1973; Большакова и др., 1975]. В этих и ряде других работ, например, [Клейменова и др., 1985; Friis-Christensen et al., 1988; Dunlop et al., 1992; Куражковская и Клайн, 1997; Vennerstrom, 1999; Pilipenko et al., 2015], показано, что ipcl являются типичным режимом высокоширотных областей магнитосферы.

Согласно работе [Белаховский и Ролдугин, 2008] резкая смена знака Bz-компоненты с положительного на отрицательный знак в ходе развития интенсивной магнитной бури приводит к возбуждению геомагнитных пульсаций в диапазоне Pc5 (T = 150–600 c). Даже в условиях спокойной магнитосферы (Kp ~ 0) переориентация Bz-компоненты с северного направления на южное направление оказывается существенным фактором, влияющим на усиление интенсивности пульсаций ipcl в диапазоне 2–6 мГц [Куражковская и др., 2016]. Более того, экспериментальные исследования связи возбуждаемых геомагнитных пульсаций с вертикальной компонентой ММП показали, что Bz-компонента оказывает значительное влияние на их характеристики. Так, в работе [Troitskaya et al., 1980] показано, что амплитуда пульсаций ipcl увеличивается с ростом отрицательных значений Bz-компоненты. Из результатов исследования [Куражковская и др., 2016] следует, что увеличение скорости изменения Bz-компоненты приводит к уменьшению средней частоты пульсаций ipcl. Иными словами Bz-компонента контролирует не только амплитуду, но и спектральный состав длиннопериодных иррегулярных пульсаций ipcl.

В работе [Куражковская и Клайн, 2017] отмечалось, что в области дневного каспа наблюдаются отдельные иррегулярные УНЧ-волны (всплески) аномально большой амплитуды, диапазон частот которых совпадал с частотным составом пульсаций ipcl. Такие всплески были условно названы “изолированными всплесками пульсаций ipcl”, поскольку в интервале времени ±3–4 ч до их начала и после не наблюдалось других интенсификаций магнитного поля. Генерация подобных всплесков в области дневного каспа могла быть обусловлена переориентацией Bz-компоненты ММП с северного направления на южное, как ранее отмечалось в работе [Большакова и Троицкая, 1982]. Однако при анализе условий возбуждения изолированных всплесков пульсаций ipcl [Куражковская и Клайн, 2017] мы заметили, что некоторые всплески наблюдаются в области дневного каспа после переориентации Bz-компоненты ММП с южного направления на северное.

Как отмечалось выше, изменение направления Bz-компоненты с северного на южное приводило к возбуждению или интенсификации некоторых режимов геомагнитных пульсаций. Вопрос о том, может ли играть аналогичную роль переориентация Bz-компоненты с южного направления на северное в формировании режимов пульсаций, во многом остается открытым.

Настоящая работа является продолжением исследования [Куражковская и Клайн, 2017] и посвящена анализу особенностей возбуждения изолированных всплесков пульсаций ipcl аномально большой амплитуды, наблюдаемых в области дневного каспа после переориентации Bz-компоненты ММП с северного направления на южное и с южного направления на северное.

2. АНАЛИЗИРУЕМЫЕ ДАННЫЕ

В работе использованы цифровые одноминутные данные Антарктической обс. Мирный (код MIR, исправленные геомагнитные координаты Φ' = –76.93°, Λ' = 122.92°) за период 1989–1991 гг., 1995–2003 гг. из Мирового центра данных по солнечно-земной физике (МЦД по СЗФ, Москва) (http://www.wdcb.ru/stp/data/geo_min.val/). Кроме того, использовались среднечасовые и одноминутные данные параметров плазмы солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (ММП) из базы данных OMNI, полученные с сайта (http:// omniweb.gsfc.nasa.gov/ow.html) за эти же интервалы времени.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Одноминутные данные регистрации магнитного поля в обс. Мирный предварительно фильтровались в диапазоне частот 1.3–6.3 мГц и после фильтрации выполнялся их спектрально-временнóй анализ. Критерии отбора изолированных всплесков пульсаций ipcl и их общая характеристика достаточно подробно изложены в работе [Куражковская и Клайн, 2017]. Здесь мы отметим, что в анализ были включены всплески пульсаций ipcl, для которых имелись данные параметров солнечного ветра и ММП. Всего было рассмотрено 113 изолированных всплесков пульсаций ipcl. Анализируемые всплески пульсаций ipcl наблюдались преимущественно в дневном секторе магнитосферы (07–14 MLT) при умеренной геомагнитной активности (Kp ~ 2–3). В южном полушарии при таком уровне возмущенности положение обс. Мирный соответствует широте дневного полярного каспа [Newell et al., 1989; Zhou et al., 2000].

Первоначально проводилось одновременное сопоставление случаев наблюдения изолированных всплесков пульсаций ipcl и динамики Bz-компоненты ММП. Анализ показал, что в 61% случаев всплески ipcl возникают после изменения направления Bz-компоненты с северного на южное и в 39% случаев после изменения ориентации Bz-компоненты с южного на северное. В связи с этим все случаи наблюдения изолированных всплесков пульсаций ipcl были условно разбиты на две группы: 1) всплески, наблюдающиеся после смены знака Bz-компоненты с (+) на (–) (70 случаев), и 2) всплески, наблюдающиеся после смены знака Bz-компоненты с (–) на (+) (43 случая).

3.2. На рисунке 1 приведены типичные примеры наблюдения изолированных всплесков пульсаций ipcl, относящихся к первой и второй группам, а также их динамические спектры. В верхней части рисунка показана вариация Bz-компоненты ММП, из которой видно различное изменение ее направления. Вертикальными штрихпунктирными линиями обозначены моменты переориентации Bz-компоненты (t₀) и время наблюдения максимальной спектральной плотности всплесков ipcl (t). Из рисунка 1 видно, что после смены знака Bz-компоненты спектральная плотность изолированных всплесков пульсаций ipcl через некоторое время – Δt (Δt = t – t₀) достигает максимального значения. Величина Δt использовалась нами как одна из характеристик всплесков ipcl двух групп.

Рис. 1.

Примеры наблюдения изолированных всплесков длиннопериодных иррегулярных пульсаций ipcl в обс. Мирный (H-компонента) 20.10.2002 г. и 27.10. 2003, возникающих после переориентации Bz-компоненты ММП с северного направления на южное (а) и с южного на северное (б), соответственно. В верхней части рисунка – вариации Bz-компоненты ММП; вертикальные штрих-пунктирные линии – моменты перехода Bz-компоненты через ноль (t₀) и достижения максимума спектральной плотности пульсаций (t).

Распределение времени сдвига –Δt между максимумом спектральной плотности и моментом перехода Bz-компоненты через ноль для двух групп изолированных всплесков пульсаций ipcl представлено на рис. 2. Величина Δt изменяется, в основном, от 5 до 40 мин, но в некоторых случаях достигает 70–80 мин. После переориентации Bz-компоненты с северного направления на южное в доминирующем числе случаев Δt ∼ 10–20 мин и Δt ∼ 5–10 мин, если всплески наблюдаются после обратного изменения направления Bz-компоненты.

Рис. 2.

Распределение времени сдвига (Δt) между моментом перехода Bz-компоненты ММП через ноль и максимумом спектральной плотности всплесков пульсаций ipcl для первой и второй (светлая и темная гистограмма, соответственно) групп всплесков.

Кроме Δt в качестве характеристик двух групп всплесков ipcl рассматривались максимальная амплитуда – A, которая находилась из выражения: $A = \sqrt {{{H}^{2}} + {{D}^{2}}} ,$ где H и D – максимальные значения меридиональной и азимутальной составляющих магнитного поля; продолжительность – τ и частота – f волновых пакетов. Оценки средних и медианных значений этих характеристик представлены в табл. 1.

Из таблицы 1 видно, что средняя амплитуда всплесков первой группы больше, а продолжительность их волновых пакетов меньше, чем всплесков, относящихся ко второй группе. Средняя частота заполнения волновых пакетов ipcl двух групп одинакова. Среднее время сдвига Δt всплесков ipcl, относящихся к первой группе заметно больше по сравнению с Δt для второй группы. Таким образом, всплески, наблюдаемые в области каспа после разной переориентации Bz, имеют примерно одинаковый спектральный состав, но различные интенсивность, продолжительность волновых пакетов и время достижения максимальной спектральной плотности после смены направления Bz.

На рисунке 3 показаны суточные вариации нормированной на максимальное число случаев частоты наблюдения N/Nmax, амплитуды A и величины временнóго сдвига Δt изолированных всплесков пульсаций ipcl, возникающих после разной переориентации Bz-компоненты. Аппроксимация экспериментальных данных полиномами четвертой степени показана сплошными линиями. Независимо от характера смены знака Bz-компоненты распределения N/Nmax подобны по форме и по положению максимумов частоты наблюдения. Оба распределения асимметричны относительно полуденного меридиана. Видно, что всплески ipcl как первой, так и второй группы в доминирующем числе случаев наблюдаются в дополуденном секторе (10–11) MLT. Положение максимума суточного хода всплесков ipcl относительно полуденного меридиана не зависит от переориентации Bz-компоненты с северного направления на южное или, наоборот, с южного на северное. Вероятность наблюдения изолированных всплесков ipcl двух групп в послеполуденное время относительно мала.

Рис. 3.

Суточная вариация нормированной на максимальное число случаев частоты наблюдения N/Nmax, амплитуды A и величины временнóго сдвига Δt изолированных всплесков пульсаций ipcl, наблюдающихся после переориентации Bz-компоненты ММП с северного направления на южное (а) и с южного на северное (б).

Суточные вариации средних амплитуд изолированных всплесков ipcl различаются по положению максимумов для двух групп (рис. 3). Так, после переориентации Bz-компоненты с северного направления на южное максимум интенсивности всплесков наблюдается в (09–10) MLT, а при изменении направления с южного на северное в (08–09) MLT. Временнóй интервал между максимумами амплитуд всплесков ipcl двух групп составляет 1 час.

Поведение зависимости Δt от локального времени для двух групп всплесков ipcl примерно одинаково. В предполуденном секторе наблюдается увеличение времени сдвига Δt с 07 MLT до достижения максимума в 10.30 MLT. После 11 MLT начинается постепенное уменьшение Δt, которое продолжается и в послеполуденном секторе. Максимумы Δt в обоих случаях приходятся на (10–11) MLT, т.е. наибольшие значения времени сдвига между моментом переориентации Bz-компоненты и достижением максимальной спектральной плотности наблюдаются вблизи полуденного меридиана. По мере удаления от полуденного меридиана величина Δt уменьшается (рис. 3).

3.3. Рассмотрим условия в межпланетной среде, на фоне которых происходит возбуждение изолированных всплесков пульсаций ipcl двух групп после изменения направления вертикальной компоненты ММП. Анализ геомагнитной активности, параметров солнечного ветра и ММП, проводился по часовым данным базы данных OMNI. Для характеристики геомагнитной активности использовались индексы Kp, Dst и AE, которые отражают глобальную возмущенность, возмущения в средних и экваториальных широтах и возмущения в зоне полярных сияний, соответственно. Величина Kp индекса бралась, как принято в базе данных OMNI. Состояние плазмы солнечного ветра характеризовалось следующими параметрами: концентрация n, скорость V, динамическое давление солнечного ветра P_dyn = ρV ² (ρ – плотность плазмы). В качестве характеристик ММП рассматривались: модуль напряженности B, широта ММП θ (угол между вектором B и его проекцией на плоскость эклиптики), долгота ММП φ (угол между проекцией вектора B на плоскость эклиптики и Bx-компонентой ММП), Bx-, By-, Bz-компоненты ММП. Анализируемые параметры солнечного ветра и ММП рассматривались в солнечно-эклиптической системе координат.

Первоначально были построены распределения геомагнитных индексов, параметров плазмы солнечного ветра и ММП для часовых интервалов, во время которых наблюдались изолированные всплески ipcl двух групп. Поскольку распределения геомагнитных индексов и параметров плазмы солнечного ветра для случаев наблюдения всплесков ipcl обеих групп имели примерно одинаковую форму, диапазоны изменения и положение максимумов независимо от характера переориентации Bz-компоненты, мы их не будем здесь приводить. Однако следует отметить, что во время наблюдения всплесков ipcl как первой, так и второй групп магнитосфера была умеренно возмущена, о чем свидетельствуют значения индексов геомагнитной активности. Так, величина индексов во время появления всплесков ipcl двух групп преимущественно равнялась Kp = 20–30, Dst = –20–0 нТл, AE = 50–100 нТл. Параметры плазмы солнечного ветра не сильно различались во время наблюдения всплесков ipcl двух групп и в доминирующем числе случаев составляли n = = 4–8 см^–3, V = 350–400 км/с, P_dyn = 1–3 нПа.

Наиболее существенные различия были обнаружены в распределениях параметров ММП во время наблюдения всплесков ipcl двух групп, поэтому остановимся подробнее на их анализе. На рисунке 4 показаны зависимости частоты появления изолированных всплесков ipcl двух групп от B, угла φ, угла θ, Bx-, By-, Bz-компонент. Видно, что распределения перечисленных параметров различаются во время возбуждения всплесков ipcl двух групп. Например, всплески ipcl первой и второй группы в большинстве случаев наблюдаются при B = 3–6 нТл и B = 6–9 нТл, соответственно, т.е. величина вектора напряженности ММП после изменения направления Bz-компоненты с положительного на отрицательное меньше, чем при обратном изменении ориентации Bz. Распределения угла φ, характеризующего направление вектора напряженности ММП в плоскости эклиптики различны для случаев наблюдения всплесков ipcl двух групп. Всплески первой группы появляются, главным образом, при φ = 270°–360°, а второй группы при φ = 90°–180°. Исходя из величин углов φ, можно отметить, что всплески первой группы преимущественно наблюдались при направлении вектора ММП к Солнцу, а второй группы от Солнца. Величина угла θ также была различной и принадлежала диапазону –30° < θ < 0° и 0° < θ < 30° в случае наблюдения всплесков первой и второй группы, соответственно (рис. 4).

Рис. 4.

Зависимость частоты наблюдения изолированных всплесков ipcl первой (а) и второй (б) групп от параметров ММП.

Из рисунка 4 также видно различное поведение Bx-, By-, Bz-компонент ММП во время наблюдения всплесков ipcl двух групп. Всплески первой группы в доминирующем числе случаев наблюдались при Bx > 0, By < 0, Bz < 0, второй группы Bx < 0, By > 0, Bz > 0. Таким образом, характеристики ММП, благоприятные для формирования изолированных всплесков ipcl первой и второй групп после смены направления Bz-компоненты, были различными, как по величине, так и по направлению вектора напряженности ММП B и его компонент (рис. 4).

Кроме того, был выполнен анализ одноминутных данных ММП и плазмы солнечного ветра методом наложения эпох вблизи момента (±2 ч) переориентации Bz-компоненты. Усредненная динамика Bz-, Bx- и By-компонент, модуля напряженности ММП – B, концентрации протонов – n, скорости – V, динамического давления – P_dyn солнечного ветра и за два часа до переориентации Bz-компоненты и 2 ч после приведена на рис. 5. За реперную точку выбран момент изменения знака Bz-компоненты ММП. Видно, что изолированные всплески пульсаций ipcl, возникающие после изменения направления Bz-компоненты как с северного на южное направления, так и наоборот, наблюдались на фоне относительно стабильных параметрах плазмы солнечного ветра. Качественное поведение n, V, и Pdyn солнечного ветра как до переориентации Bz, так и после примерно одинаково для двух групп всплесков ipcl. Отсутствие резких флуктуаций в поведении данных параметров указывает на то, что процессы резкого сжатия или расширения магнитосферы, а также приход фронта ударной волны не имеют отношения к формированию изолированных всплесков пульсаций ipcl. Необходимо отметить, что в поведении Bx- и By-компонент ММП в отличие от Bz не наблюдалось резкой смены направления вблизи реперной точки. Однако динамика Bx- и By-компонент ММП различна во время наблюдения всплесков двух групп. Так, для динамики Bx-компоненты характерны небольшие флуктуации до момента переориентации Bz и после, если Bz-компонента изменяет знак с положительного на отрицательный. При этом By-компонента сохраняет отрицательное направление практически на всем временнóм интервале. Всплески ipcl наблюдаются на фоне отрицательного направления Bx- и положительного By- компоненты, в случае изменении направления Bz-компоненты с отрицательного на положительное. Таким образом, судя по характеру поведения параметров ММП и плазмы солнечного ветра (рис. 5), в условиях умеренно-возмущенной магнитосферы единственным параметром, способствующим возбуждению изолированных всплесков ipcl может быть переориентация Bz-компоненты ММП, как с северного направления на южное, так и с южного на северное.

Рис. 5.

Динамика параметров (Bz-, Bx-, By-компонент, модуля B) ММП и плазмы солнечного ветра (концентрации n, скорости V, динамического давления P_dyn), полученная методом наложенных эпох для случаев наблюдения первой (а) и второй (б) групп всплесков пульсаций ipcl.

4. ОБСУЖДЕНИЕ

Проведенное исследование показало, что изолированные всплески ipcl, наблюдающиеся в области дневного каспа, возбуждаются как после смены знака Bz-компоненты ММП с положительного на отрицательный, так и, наоборот, с отрицательного на положительный. При этом другие геоэффективные параметры, такие как скорость и динамическое давление солнечного ветра оставались относительно стабильными вблизи момента начала возбуждения всплесков. Следовательно, эти параметры не могут играть роль триггера изолированных всплесков пульсаций ipcl. Таким образом, при умеренной геомагнитной активности единственным триггером всплесков может быть переориентация Bz-компоненты ММП. Причем в отличие от пульсаций Pc5, на ход развития которых изменение направления Bz-компоненты ММП с отрицательного на положительное направление не оказывает никакого влияния [Белаховский и Ролдугин, 2008], изолированные всплески пульсаций ipcl возникают и после такой смены знака Bz.

Поскольку изолированные всплески пульсаций ipcl наблюдаются после переориентации Bz-компоненты на фоне относительно стабильных других параметрах плазмы солнечного ветра и ММП, то можно предположить, что их возбуждении стимулировано процессами пересоединения между межпланетным и геомагнитным полем. Согласно существующим представлениям [Прист и Форбс, 2005], переориентация Bz-компоненты с северного направления на южное приводит к процессу пересоединения между силовыми линиями геомагнитного и межпланетного полей в подсолнечной области магнитосферы. Когда Bz-компонента переориентируется с южного направления на северное наблюдается другой сценарий: происходит так называемое, высокоширотное пересоединение вблизи ночных полярных каспов, после чего магнитный поток смещается на дневную сторону [Li et al., 2008]. Переориентация Bz-компоненты существенно влияет на магнитосферную активность. Спокойные геомагнитные условия наблюдаются при северном направлении ММП (Bz > 0), т.е. когда прекращается поступление энергии солнечного ветра в магнитосферу. Поступление энергии солнечного ветра в магнитосферу Земли с ростом величины южного ММП (Bz < 0) приводит к значительному усилению магнитных возмущений [Akasofu, 1980].

Из наших данных следует, что изолированные всплески ipcl первой группы наблюдаются преимущественно при Bz < 0, а второй группы при Bz > 0 (рис. 4). Следовательно, процессы пересоединения как в подсолнечной области, так и в высокоширотной области приводят к возбуждению пульсаций ipcl. Это означает, что в полярный касп проникают волны из разных областей локализации процессов пересоединения. Важно отметить, что при Bz < 0 и Bz > 0 формируется режим иррегулярных длиннопериодных пульсаций с примерно одинаковым спектральным составом, но различной интенсивности и продолжительности волновых пакетов. Различия в уровне амплитуд и продолжительности, всплесков ipcl, наблюдаемых после разной смены направления Bz-компоненты, могут быть обусловлены разными межпланетными условиями во время их возбуждения (рис. 4).

Как известно, существуют, по крайне мере, два типа пересоединения: импульсное, так называемое FTEs (Flux Transfer Events), и стационарное. По-видимому, изолированные всплески ipcl не могут быть следствием импульсного пересоединения, поскольку их продолжительность существенно больше, чем характерные времена FTEs (1–2 мин). Кроме того, всплески ipcl наблюдаются преимущественно в предполуденном секторе в отличие от FTEs, для которых характерен послеполуденный максимум вероятности наблюдения [Walsh et al., 2014]. Другой типичной чертой FTEs является их появление при южном направлении ММП. Согласно спутниковым наблюдениям при северном направлении ММП случаи FTEs не наблюдаются [Прист и Форбс, 2005]. В отличие от FTEs анализируемые нами всплески ipcl, по крайней мере, в 39% случаев регистрируются при северном направлении ММП.

Скорее всего, возбуждение всплесков пульсаций ipcl инициируется стационарным пересоединением. Косвенным подтверждением последнего является совпадение средней продолжительности запаздывания Δt (∼20–30 мин) между моментом переориентации Bz-компоненты и моментом достижения максимальной спектральной плотности всплесков ipcl со временем продолжительности эрозии на дневной стороне магнитосферы. Согласно [Holzer and Reid, 1975] время установления стационарного состояния пересоединения составляет примерно 30 мин.

Согласно [Haaland et al., 2014] характеристики магнитопаузы и магнитослоя на флангах магнитосферы различаются. В частности, в предполуденном секторе магнитопауза более турбулентна, чем в послеполуденном секторе из-за асимметрии геометрии головной ударной волны. Именно в предполуденном секторе преимущественно и наблюдаются всплески ipcl (рис. 3) независимо от характера смены направления Bz-компоненты. Турбулентность плазмы способствует развитию процессов пересоединения [Antonova and Ovchinnikov, 2002; Lazarian et al., 2020]. Кроме этого, спутниковые наблюдения [Phan et al., 2010] показали, что развитие процессов пересоединения контролируется параметром β солнечного ветра, равным отношению теплового давления к магнитному: β = NkT/(B²/8π), где N и T – плотность (см^–3) и температура (K) плазмы протонов, B – величина межпланетного магнитного поля (нТл). Согласно [Trenchi et al., 2008] пересоединение наиболее вероятно при β ≤ 2. Однако динамика β параметра, полученная нами по одноминутным данным методом наложения эпох для случаев наблюдения всплесков пульсаций ipcl двух групп (рис. 6) свидетельствует о том, в момент переориентации Bz-компоненты с северного направления на южное и с южного на северное величина β была >3 и >10, соответственно. При построении рис. 6 за реперную точку, также как и на рис. 5, принимался момент смены знака Bz-компоненты ММП. Из рисунка 6 видно, что после смены знака Bz параметр β постепенно увеличивается и через некоторое время достигает своего максимального значения. Во время наблюдения всплесков ipcl первой и второй группы время между моментом переориентации Bz-компоненты и моментом максимума параметра β составляет >10 мин и <10 мин, соответственно. Следует отметить, что интервалы времени, в течение которых параметр β солнечного ветра достигает максимума после изменения направления Bz-компоненты ММП, примерно совпадают с величиной Δt. Вполне вероятно, что время сдвига Δt между моментом переориентации Bz-компоненты и моментом достижения максимума спектральной плотности всплесков ipcl после смены знака Bz-компоненты с (+) на (–) и с (–) на (+) может быть обусловлено поведением параметра β солнечного ветра. В данном случае β может играть роль управляющего параметра, поскольку он является интегральной характеристикой плазмы солнечного ветра и ММП и в полной мере отражает не только баланс теплового и магнитного давления, но и энергию потока солнечного ветра, поступающего в магнитосферу.

Рис. 6.

Динамика параметра β солнечного ветра, полученная методом наложенных эпох для случаев наблюдения всплесков пульсаций ipcl, наблюдающихся после переориентации Bz-компоненты ММП с северного направления на южное и с южного на северное (серая и черная кривая, соответственно).

Необходимо отметить, что область пересоединения при Bz < 0 из-за влияния By-компоненты ММП смещается от подсолнечной точки на фланги магнитопаузы [Němeček et al., 2003]. Уменьшение величины Δt от полуденного меридиана к предполуденному и послеполуденному секторам (рис. 3) может также косвенно свидетельствовать о том, что область возбуждения изолированных всплесков, вероятно, смещена от подсолнечной точки на фланги магнитопаузы. Учитывая эти факты, можно предположить, что область пересоединения при Bz < 0 расположена не в подсолнечной точке, а в предполуденном секторе (свинута ближе к каспам). С другой стороны, высокоширотное пересоединение при Bz > 0 локализовано вблизи каспов [Song et al., 2000]. Но, судя по величине Δt область высокоширотного пересоединения располагается не в ночном каспе, как рассматривалось ранее, начиная с модели [Dangey, 1961] и более поздних исследованиях, например, [Li et al., 2008], а в дневном каспе. Небольшое различие во времени сдвига между моментом переориентации Bz и достижением максимальной спектральной плотности всплесков ipcl двух групп (рис. 2) свидетельствует о достаточно близком расположении областей пересоединения при разной смене знака Bz. В связи с этим становится понятным наблюдение всплесков ipcl в области каспа после изменения направления Bz-компоненты как с северного на южнее, так и с южного на северное направление.

С нашей точки зрения, в условиях умеренно-возмущенной магнитосферы, судя по наземным наблюдениям изолированных вплесков ipcl, в предполуденном секторе магнитосферы и вблизи дневных каспов реализуется стационарное пересоединение.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате анализа одновременных наблюдений изолированных всплесков пульсаций ipcl (в диапазоне частот 1.3–6.3 мГц), наблюдающихся в области дневного каспа, и динамики параметров солнечного ветра и ММП обнаружено, что в 61% случаев изолированные всплески ipcl возникают после изменения направления Bz-компоненты ММП с северного на южное, и в 39% случаев при изменении направления Bz с южного на северное.

Показано, что динамика других геоэффективных параметров солнечного ветра и ММП была относительно стабильной до начала и после возбуждения волновых пакетов пульсаций ipcl. Всплески двух групп имели примерно одинаковый спектральный состав, но различались по интенсивности, продолжительности волновых пакетов и условиям возбуждения.

В зависимости от смены знака Bz-компоненты (с положительного на отрицательный или с отрицательного на положительный) спектральная плотность пульсаций ipcl становилась максимальной через 10–20 мин или 5–10 мин, соответственно после момента переориентации Bz. Эти временны́е сдвиги примерно совпадают со временем, в течение которого параметр β солнечного ветра достигает максимума после изменения направления Bz-компоненты ММП.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что в условиях умеренно-возмущенной магнитосферы единственным параметром, способствующим возбуждению изолированных всплесков ipcl, может быть переориентация Bz-компоненты ММП как с северного направления на южное, так и с южного на северное.

Предполагается, что формирование изолированных всплесков пульсаций ipcl, наблюдающихся в области дневного каспа, происходит как в результате стационарного процесса пересоединения в предполуденном секторе магнитосферы, так и вследствие высокоширотного пересоединения вблизи полярных каспов.