Широтное распределение характеристик ночных авроральных высыпаний в спокойные периоды и в периоды начала суббурь

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

К нерешенным проблемам физики авроральных суббурь относится вопрос о локализации и механизме начала взрывной фазы суббури. Новая информация, необходимая для решения данной проблемы, может быть получена в результате сопоставления результатов наблюдений низковысотных спутников с наблюдениями в экваториальной плоскости магнитосферы. Для этого был использован метод морфологического проецирования, не требующий знаний о конфигурации магнитного поля. В работе рассмотрены широтные профили характеристик авроральных высыпаний на высотах ионосферы, полученные по наблюдениям спутника DMSP F7, и радиальное распределение ионного давления в экваториальной плоскости по данным спутников миссии THEMIS в магнитоспокойные периоды и в моменты, близкие к авроральному брейкапу. Особое внимание уделялось положению максимума потока энергии ионных высыпаний c энергией более 3 кэВ (граница b2i) и профилям давления ионов. Определены средние широтные профили ионного давления на низких высотах и проведено их сопоставление с усредненными распределениями давления в экваториальной плоскости при близких средних значениях параметров солнечного ветра и геомагнитной активности. Показано, что, если в спокойных геомагнитных условиях максимум давления на низких высотах проецируется на геоцентрические расстояния в ~7−8 Re, то перед началом фазы развития суббури он проецируется на расстояние ~5−6 Re. Получены средние значения максимумов давления в магнитоспокойные периоды, а также до и после начала фазы развития суббури. Проведены оценки яркости аврорального свечения в эмиссии 557.7 нм, рассчитанные по наблюдениям средней энергии и потока энергии высыпающихся электронов спутником F7.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Г. Воробьев

Полярный геофизический институт

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

О. И. Ягодкина

Полярный геофизический институт

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

Е. Е. Антонова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт космических исследований РАН

Email: elizaveta.antonova@gmail.com

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына

Россия, Москва; Москва

И. П. Кирпичев

Институт космических исследований РАН

Email: ikir@iki.rssi.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Воробьев В.Г., Кириллов А.С., Катькалов Ю.В., Ягодкина О.И. Планетарное распределение интенсивности аврорального свечения, полученное с использованием модели авроральных высыпаний // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 53. № 6. С. 757−761. 2013. https://doi.org/10.7868/S0016794013060163
  2. Деспирак И.В., Клейменова Н.Г., Любчич А.А., Малышева Л.М., Громова Л.И., Ролдугин А.В., Козелов Б.В. Магнитные суббури и сияния в полярных широтах Шпицбергена: Событие 17 декабря 2012 г. Изв. РАН. Сер. Физическая. Т. 86. № 3. С. 340−348. 2022. https://doi.org/10.31857/S0367676522030097
  3. Кирпичев И.П., Антонова Е.Е. Распределение давления плазмы в экваториальной плоскости магнитосферы Земли на геоцентрических расстояниях от 6 до 10RE по данным международного проекта THEMIS // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 51. № 4. С. 456−461. 2011.
  4. Клейменова Н.Г., Антонова Е.Е., Козырева О.В., Малышева Л.М., Корнилова Т.А., Корнилов И.А. Волновая структура магнитных суббурь в полярных широтах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 52. № 6. С. 785–793. 2012.
  5. Akasofu S.-I. The development of the auroral substorm // Planet. Space Sci. V. 12. № 4. P. 273−282. 1964. https://doi.org/10.1016/0032-0633(64)90151-5
  6. Antonova E.E. The results of INTERBALL/Tail observations, the inner magnetosphere substorm onset and particle acceleration // Adv. Space Res. V. 30. № 7. P. 1671−1676. 2002. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(02)00434-9
  7. Antonova E.E., Kirpichev I.P., Vovchenko V.V., Stepanova M.V., Riazantseva M.O., Pulinets M.S., Ovchinnikov I.L., Znatkova S.S. Characteristics of plasma ring, surrounding the Earth at geocentric distances ~7-10 RE, and magnetospheric current systems // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 99. P. 85–91. 2013. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2012.08.013
  8. Antonova E.E., Kirpichev I.P., Stepanova M.V. Plasma pressure distribution in the surrounding the Earth plasma ring and its role in the magnetospheric dynamics // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 115–116. P. 32–40. 2014. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2013.12.005
  9. Antonova E.E., Stepanova M., Kirpichev I.P., Ovchinnikov I.L, et al. Structure of magnetospheric current systems and mapping of high latitude magnetospheric regions to the ionosphere // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 177. P. 103–114. 2018. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.10.013
  10. Baker K.B., Wing S. A new magnetic coordinate system for conjugate studies at high latitudes // J. Geophys. Res. – Space. V. 94. № 7. P. 9139–9144. 1989. https://doi.org/10.1029/JA094iA07p09139
  11. Baker D.N., Pulkkinen T.I., Angelopoulos V., Baumjohann W., McPherron R.L. Neutral line model of substorms: Past results and present view // J. Geophys. Res. – Space. V. 101. № 6. P. 12975−13010. 1996. https://doi.org/10.1029/95JA03753
  12. Dubyagin S.V., Sergeev V.A., Carlson C.W., Marple S.R., Pulkkinen T.I., Yahnin A.G. Evidence of near-Earth breakup location // Geophys. Res. Lett. V. 30. № 6. ID 1282. 2003. https://doi.org/10.1029/2002GL016569
  13. Goertz C.K., Baumjohann W. On the thermodynamics of the plasma sheet // J. Geophys. Res. – Space. V. 96. № 12. P. 20991–20998. 1991. https://doi.org/10.1029/91JA02128
  14. Kim H.-J., Kim K.-C., Noh S.-J., Lyons L., Lee D.-Y., Choe W. New perspective on phase space density analysis for outer radiation belt enhancements: The influence of MeV electron injections // Geophys. Res. Lett. V. 50. № 14. ID e2023GL104614. 2023. https://doi.org/10.1029/2023GL104614
  15. Kirpichev I.P., Antonova E.E., Stepanova M., Eyelade A.V., Espinoza C.M., Ovchinnikov I.L., Vorobjev V.G., Yagodkina O.I. Ion kappa distribution parameters in the magnetosphere of the Earth at geocentric distances smaller than 20 RE during quiet geomagnetic conditions // J. Geophys. Res. – Space. V. 126. № 10. ID e2021JA029409. 2021. https://doi.org/10.1029/2021JA029409
  16. Lui A.T.Y. Current disruption in the Earth’s magnetosphere: Observations and models // J. Geophys. Res. – Space. V. 101. № 6. P. 13067−13088. 1996. https://doi.org/10.1029/96JA00079
  17. Mende S.B., Carlson C.W., Frey H.U., Peticolas L.M., Østgaard N. FAST and IMAGE-FUV observations of a substorm onset // J. Geophys. Res. – Space. V. 108. № 9. ID 1344. 2003. https://doi.org/10.1029/2002JA009787
  18. Newell P.T., Feldstein Ya.I., Galperin Y.I., Meng S.-I. The morphology of nightside precipitation // J. Geophys. Res. – Space. V. 101. № 5. P. 10737−10748. 1996. https://doi.org/10.1029/95JA03516
  19. Newell P.T., Sergeev V.A., Bikkuzina G.R., Wing S. Characterizing the state of the magnetosphere: Testing the ion precipitation maxima latitude (b2i) and the ion isotropy boundary // J. Geophys. Res. – Space. V. 103. № 3. P. 4739−4745. 1998. https://doi.org/10.1029/97JA03622
  20. Nosé M., Keika K., Kletzing C.A., Spence H.E., Smith C.W., MacDowall R.J., Reeves G.D., Larsen B.A., Mitchell D.G. Van Allen Probes observations of magnetic field dipolarization and its associated O+ flux variations in the inner magnetosphere at L < 6.6 // J. Geophys. Res. – Space. V. 121. № 8. P. 7572–7589. 2016. https://doi.org/10.1002/2016JA022549
  21. Nosé M., Matsuoka A., Kasahara S., et al. Magnetic field depolarization and its associated ion flux variations in the dawnside deep inner magnetosphere: Arase observations // Geophys. Res. Lett. V. 45. № 16. P. 7942–7950. 2018. https://doi.org/10.1029/2018GL078825
  22. Persson M.A.L., Opgenoorth H.J., Pulkkinen T.I., et al. Near-earth substorm onset: A coordinated study // Geophys. Res. Lett. V. 21. № 17. P. 1875−1878. 1994. https://doi.org/10.1029/94GL01426
  23. Paschmann G., Haaland S., Treumann R. Auroral plasma physics // Space Sci. Rev. V. 103. № 1–4. P. 1–485. 2002. https://doi.org/10.1023/A:1023030716698
  24. Roach F.E., Jamnick P.M. The sky and eye // Sky and Telescope. V. 17. P. 164–168. 1958.
  25. 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. – Space. V. 107. № 7. ID 1134. 2002. https://doi.org/10.1029/2001JA003503
  26. 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. № 8. P. 1631−1636. 2006. https://doi.org/10.1016/j.asr.2006.05.013
  27. Tsyganenko N.A. A magnetospheric magnetic field model with a warped tail current sheet // Planet. Space Sci. V. 37. № 1. P. 5−20. 1989. https://doi.org/10.1016/0032-0633(89)90066-4
  28. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I., Starkov G.V., Feldstein Ya.I. A substorm in midnight auroral precipitation // Ann. Geophys. V. 21. № 12. P. 2271–2280. 2003. https://doi.org/10.5194/angeo-21-2271-2003
  29. Vorobjev V.G., Antonova E.E., Yagodkina O.I. How the intensity of isolated substorms is controlled by the solar wind parameters // Earth Planets Space. V. 70. № 1. ID 148. 2018. https://doi.org/10.1186/s40623-018-0922-5
  30. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I., Antonova E.E. Ionospheric features of polar cusp dayside precipitation under a northern IMF // Geomagn. Aeronomy. V. 64. № 3. P. 302–312. 2024. https://doi.org/10.1134/S0016793224600103
  31. Wing S., Newell P.T. Center plasma sheet ion properties as inferred from ionospheric observations // J. Geophys. Res. – Space. V. 103. № A4. P. 6785−6800. 1998. https://doi.org/10.1029/97JA02994

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Вариации параметров межпланетной среды и уровней геомагнитной активности 08 октября 1986 г. в интервале 01:00–05:00 UT. Сверху вниз показаны: вариации Bz-компоненты ММП и динамического давления солнечного ветра, вариации AL-, SYM/H- и PC-индексов магнитной активности. Данные по ММП и солнечному ветру приведены в пересчете на лобовую точку фронта ударной волны. Время пролета спутника F7 указано вертикальной штриховой линией.

Скачать (269KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Интегральные характеристики высыпающихся частиц по наблюдениям спутника F7 08 октября 1986 г. в 03:09–03:10 UT: (а)− средние энергии (Ei, кэВ) и потоки энергии (Fi, эрг/см2 с) высыпающихся ионов, (б) – средние энергии (Ee, кэВ) и потоки энергии (Fe, эрг/ см2 с) высыпающихся электронов. По горизонтальной оси отложена исправленная геомагнитная широта (CGL). Вертикальные штриховые линии – положение границы b2i.

Скачать (236KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Широтные профили ионного давления (а) и интенсивности свечения эмиссии 557.7 нм (б), рассчитанные по данным рис. 2а и 2б соответственно. Вертикальные штриховые линии – положение границы b2i.

Скачать (117KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Средние широтные профили ионного давления, Pi (нПа): (а) – магнитоспокойный период, (б) – заключительная стадия фазы зарождения суббури, (в) – начальная стадия фазы развития суббури. Вертикальные штриховые линии – среднее положение b2i.

Скачать (175KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Средние широтные профили интенсивности свечения эмиссии 557.7 нм, I5577 (кР). Панели (а−в) соответствуют панелям (а−в) на рис. 4. Вертикальные штриховые линии – среднее положение b2i.

Скачать (195KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Радиальное распределение ионного давления в предполуночном секторе магнитосферы Земли в магнитоспокойные периоды при положительной (а) и отрицательной (б) полярности вертикальной компоненты ММП.

Скачать (105KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Проецирование широтного профиля ионного давления в ионосфере в экваториальную плоскость магнитосферы (тонкая кривая) и его сравнение с наблюдениями в экваториальной плоскости (кривая с точками). Верхняя панель – магнитоспокойный период; нижняя панель – заключительная стадия фазы зарождения суббури.

Скачать (142KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025