Ионосферные черты высыпаний дневного полярного каспа при северном ММП

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или 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