Ионосферные черты высыпаний дневного полярного каспа при северном ММП

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы геофизические процессы в области дневного полярного каспа 22 декабря 2003 г. при северной ориентации межпланетного магнитного поля (ММП), сравнительно высокой скорости и небольшой плотности солнечного ветра с использованием наземных оптических наблюдений на арх. Шпицберген и данных спутника DMSP F16. Сопоставление спутниковых и наземных наблюдений показывает, что мягкие электронные высыпания в области каспа определяют область аврорального свечения в эмиссии (OI) 630.0 нм. Особенность рассмотренного события состоит в наблюдении яркой лучистой дуги сияния, окаймляющей дневной касп с его полярного края. Проведен анализ результатов наблюдений низколетящего спутника DMSP F16 при пересечении лучистой дуги. Предложены объяснения наблюдаемых явлений, основанные на анализе изменений спектров высыпающихся электронов и формировании продольного пучка электронов продольным электрическим полем.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Г. Воробьев

Полярный геофизический институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: vorobjev@pgia.ru
Россия, Апатиты (Мурманская обл.)

О. И. Ягодкина

Полярный геофизический институт

Email: oksana41@mail.ru
Россия, Апатиты (Мурманская обл.)

Е. Е. Антонова

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова; Институт космических исследований РАН

Email: elizaveta.antonova@gmail.com
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Антонова Е.Е. Об образовании продольной разности потенциалов, изотропных и коллимированных потоков электронов в вечернем секторе авроральной магнитосферы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 19. № 6. С. 1064‒1069. 1979.
  2. Антонова Е.Е., И.П. Кирпичев, Рязанцева М.О., Марьин Б.В., Пулинец М.С., Знаткова С.С., Степанова М.В. Магнитосферная суббуря и дискретные дуги полярного сияния // Вестн. МГУ. Сер. 3. Физика, астрономия. Т. 67. № 6. C. 31‒38. 2012.
  3. Воробьев В.Г., Ягодкина О.И. Особенности структуры высыпаний дневного полярного каспа при северном межпланетном магнитном поле // Изв. РАН. Сер. физ. Т. 86. № 12. С. 1804‒1809. 2022. https://doi.org/10.31857/S0367676522120304
  4. Воробьев В.Г., Ягодкина О.И., Антонова Е.Е., Кирпичев И.П. Широтная структура высыпаний в области дневного полярного каспа // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 6. С. 736‒750. 2023. https://doi.org/ 10.31857/S0016794023600448
  5. Дашкевич Ж.В., Иванов В.Е., Козелов Б.В. Исследование лучистых структур в полярных сияниях триангуляционными методами 2. Энергетические спектры высыпающихся электронов // Космич. исслед. Т. 59. № 5. С. 355–360. 2021. https://doi.org/10.31857/S0023420621050034
  6. Козелов Б.В., Дашкевич Ж.В., Иванов В.Е. Исследование лучистых структур в полярных сияниях триангуляционными методами: 1. Высотный профиль объемной интенсивности свечения // Космич. исслед. Т. 59. № 4. С. 267‒274. 2021. https://doi.org/10.31857/S002342062104
  7. Корнилов И.А., Корнилов О.И. Использование методов улучшения изображений для обработки авроральных телевизионных данных // В книге “Техника и методика геофизического эксперимента”. Апатиты. С. 86‒91. 2003.
  8. Фельдштейн Я.И., Шевнина Н.Ф., Лукина Л.В. Сияния в магнитно-спокойные и магнитно-возмущенные периоды // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 6. № 2. С. 312‒321. 1966.
  9. Anderson B.J., Korth H., Waters C.L., Green D.L., Stauning P. Statistical Birkeland current distributions from magnetic field observations by the Iridium constellation // Annales Geophysicae. V. 26. No. 3. P. 671–687. 2008. https://doi.org/10.5194/angeo-26-671-2008
  10. Antonova E.E. The results of INTERBALL/Tail observations, the innermagnetosphere substorm onset and particle acceleration // Adv. Space Res. V. 30. No. 7. P. 1671‒1676. 2002. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(02)00434-9
  11. Antonova E.E. From physics of polar aurora to changes of the fundamental approaches to the physics of the magnetospheric processes // In Generation-to-generation communications in space physics. Ed.
  12. Borovsky J.E., Grigorenko E.E., Chau J.L., Miyoshi Y., Usanova M., De Nolfo G.A., Greco A., Partamies N. Lausanne: Frontiers Media SA. ISSN 1664-1714, ISBN 978-2-8325-2553-1. June 2023. P. 138‒144. 2023. https://doi.org/10.3389/978-2-8325-2553-1
  13. Baker K.B., Wing S. A new magnetic coordinate system for conjugate studies at high latitudes // J. Geophys. Res. V. 94. No. A7. P. 9139‒9144. 1989. https://doi.org/10.1029/JA094iA07p09139
  14. Ergun R.E., et al. FAST satellite observations of electric field structures in the auroral zone // Geophys. Res. Lett. V. 25. No. 12. P. 2025‒2028. 1998. https://doi.org/ 10.1029/98GL00635
  15. Fear R. The northward IMF magnetosphere // In “Magnetospheres in the solar system”. P. 293–309. 2021. https://doi.org/10.1002/9781119815624.ch19
  16. Frank L.A. Plasma in the Earth’s polar magnetosphere // J. Geophys. Res. V. 76. No. 22. P. 5202‒5219. 1971. https://doi.org/10.1029/JA076i022p05202
  17. Fuselier S.A., Trattner K.J., Petrinec S.M. Cusp observations of high- and low-latitude reconnection for northward interplanetary magnetic field // J. Geophys. Res. V. 105. No. A1. P. 253‒266. 2000. https://doi.org/10.1029/1999JA900422
  18. Heikkila W.J., Winningham J.D. Penetration of magnetosheath plasma to low altitudes through the dayside magnetospheric cusps // J. Geophys. Res. V. 76. No. 4. P. 883‒891. 1971. https://doi.org/10.1029/JA076i004p00883
  19. Hosokawa K., Kullen A., Milan S., Reidy J., Zou Y., Frey H., Maggiolo R., Fear R. Aurora in the polar cap: A review // Space Sci. Rev. V. 216. No. 1. 2020. https://doi.org/10.1007/s11214-020-0637-3
  20. Kirpichev I.P., Antonova E.E., Stepanova M.V. On the relationship between regions of large-scale field-aligned currents and regions of plateau in plasma pressure observed in the equatorial plane of the Earth’s magnetosphere // Geophys. Res. Let. V. 50. No. 18. e2023GL105190. 2023. https://doi.org/10.1029/2023GL105190
  21. Lavraud B., Fedorov A., Budnik E, Grigoriev A., Cargill P.J., Dunlop M.W. et al. Cluster survey of the high-altitude cusp properties: A three-year statistical study //Ann. Geophys. V. 22. No. 8. P. 3009‒3019. 2004. https://doi.org/10.5194/angeo-22-3009-2004
  22. Milan S.E., Mooney M.K., Bower G.E., Taylor M.G.G.T., Paxton L.J., Dandouras I., Fazakerley A.N., Carr C.M., Andrson B.J., Vimes S.K. The association of cusp-aligned arcs with plasma in the magnetotail implies a closed magnetosphere // J. Geophys. Res. V. 128. No. 7. 2023. https://doi.org/10.1029/2023JA031419
  23. Newell P.T., Meng C.-I. The cusp and the cleft/boundary layer: low-altitude identification and statistical local time variation // J. Geophys. Res. V. 93. No. A12. P. 14549‒14556. 1988. https://doi.org/10.1029/JA093iA12p14549
  24. Newell P.T., Meng C.-I., Sibeck D.G., Lepping R. Some low-altitude cusp dependence on interplanetary magnetic field // J. Geophys. Res. V. 94. P. 8921‒8927. 1989. https://doi.org/10.1029/JA094iA07p08921
  25. Newell P.T., Meng C.-I. Ionospheric projections of magnetospheric regions under low and high solar wind pressure conditions // J. Geophys. Res. V. 99. No. A1. P. 273-286. 1994. https://doi.org/10.1029/93JA02273
  26. Newell P.T., Sotirelis T., Wing S. Diffuse, monoenergetic, and broadband aurora: The global precipitation budget // J. Geophys. Res. V. 114. No. A9. 2009. https://doi.org/ 10.1029/2009JA014326
  27. Pitout F., Bogdanova Y.V. The polar cusp seen by Cluster // J. Geophys. Res. V. 126. No. 9. 2021. https://doi.org/ 10.1029/2021JA029582
  28. Stepanova M.V., Antonova E.E., Bosqued J.M., Kovrazhkin R.A., Aubel K.R. Asymmetry of auroral electron precipitations and its relationship to the substorm expansion phase onset // J. Geophys. Res. V. 107. No. A7. 2002. https://doi.org/10.1029/2001JA003503
  29. Stepanova M., Antonova E.E., Bosqued J.-M. Study of plasma pressure distribution in the inner magnetosphere using low-altitude satellites and its importance for the large-scale magnetospheric dynamics // Adv. Space Res. V. 38. No. 8. P. 1631‒1636. 2006. https://doi.org/10.1016/j.asr.2006.05.013
  30. Vorobjev V.G., Starkov G.V., Feldstein Y.I. The auroral oval during the substorm development // Planet. Space Sci. V. 24. No. 10. P. 955‒965. 1976. https://doi.org/10.1016/0032-0633(76)90007-6
  31. Zhou X.W., Russell C.T., Le G., Fuselier S.A., Scudder J.D. Solar wind control of the polar cusp at high altitude// J. Geophys. Res. V. 105. No. A1. P. 245‒252. 2000. https://doi.org/10.1029/1999JA900412

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема наблюдений 22 декабря 2003 г. в географической системе координат. Линия со штрихами ‒ лучистая дуга сияния. Сплошная линия со стрелочкой ‒ траектория спутника F16; кругами ограничено поле зрения камеры всего неба на высотах 150 км и 240 км; сплошная линия (MSP) ‒ меридиан регистрации свечения меридиональным сканирующим фотометром.

Скачать (130KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вариации параметров межпланетной среды и AL-индекса магнитной активности в интервале 08:30 – 09:30 UT. Сверху вниз показаны: By- и Bz- компоненты ММП, динамическое давление солнечного ветра (Р, нПа), вариации AL-индекса. Сплошная вертикальная линия – время пересечения спутником области авроральных высыпаний.

Скачать (124KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Снимки камеры всего неба. Цифрами в верхней части каждого кадра указано мировое время. Геомагнитный север в верхней части кадра, восток ‒ слева на кадре.

Скачать (284KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Интегральные характеристики высыпающихся частиц по наблюдениям спутника F16: (а) ‒ потоки энергии высыпающихся ионов (Fi, эВ/см2 с ср) и их средние энергии (Ei, кэВ), (б) – потоки энергии (Fe) и средние энергии (Ee) высыпающихся электронов. По горизонтальной оси отложена исправленная геомагнитная широта (CGL). Горизонтальные штриховые линии – уровень критериев для определения высыпаний каспа; вертикальные штриховые линии – границы каспа.

Скачать (208KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Характеристики высыпающихся частиц и полярных сияний над арх. Шпицберген.

Скачать (57KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Кеограммы сияний в интервалах (а) – 08:30‒ 09:00 UT и (б) – 09:00 – 09:30 UT. По вертикальной оси отложен зенитный угол, верх кеограммы соответствует направлению на геомагнитный север. Зенит обсерватории наблюдения в центре кеограммы. Горизонтальная линия со стрелками – интервал ММП Bz > 0.

Скачать (564KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Вариации максимального значения интенсивности эмиссии 557.7 нм (I557.7) по наблюдениям MSP, вариации D-компоненты магнитного поля в обс. Колледж (COL) и AL-индекса магнитной активности.

Скачать (88KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Спектры высыпающихся электронов в области лучистой дуги сияний, зарегистрированные в (а) 09:01:47 UT ‒ на широте 74.1° CGL и (б) ‒ в 09:01:49 UT на широте 74.0° CGL.

Скачать (70KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024