Том 63, № 6 (2023)

В работе исследуются статистические связи между геомагнитными индексами и характеристиками космических лучей и межпланетных возмущений для Форбуш-понижений, связанных с: а) корональными выбросами массы из активных областей, сопровождавшимися солнечными вспышками; б) волоконными выбросами вне активных областей; в) высокоскоростными потоками из корональных дыр; г) несколькими источниками. Для спорадических Форбуш-понижений, с использованием статистических методов, сравнивается зависимость геомагнитных индексов от параметров космических лучей и солнечного ветра при наличии или отсутствии магнитного облака. Полученные результаты показали: а) самая высокая геоэффективность характерна для межпланетных возмущений, связанных с выбросами солнечного вещества из активных областей, при наличии магнитного облака; самая низкая – для рекуррентных возмущений; б) спорадические и рекуррентные события отличаются не только величиной геомагнитных индексов и южной компоненты магнитного поля, но и характером связи между ними; в) геоэффективность транзиентных возмущений солнечного ветра зависит от наличия или отсутствия магнитного облака сильнее, чем от типа солнечного источника; г) для межпланетных возмущений, связанных с волоконными выбросами вне активных областей, при наличии магнитного облака геоэффективность зависит только от южной компоненты магнитного поля, для остальных типов возмущений – и от других параметров солнечного ветра.

Pассматриваются новые сведения о КНЧ/ОНЧ-излучениях за пределами плазмосферы, содержащиеся в данных наблюдений, выполненных на космических аппаратах Van Allen Probes. Вблизи апогея траектории за плазмосферой отмечались квазипериодические последовательности всплесков электромагнитных излучений на частотах ниже 2 кГц с глубокой модуляцией интенсивности. Морфологически отдельный всплеск излучений подобен фрагменту излучений QP 2. Рассматриваемые последовательности всплесков могут иметь разную временнýю структуру. Во-первых, они могут быть четко периодическими. Во-вторых, в них могут периодически чередоваться всплески разной интенсивности. В-третьих, последовательность всплесков может иметь более сложную временнýю структуру. Возбуждение рассматриваемых шумовых по своей природе излучений, вероятно, происходит при развитии циклотронной неустойчивости в облаках оторвавшейся плазмы, которые существуют за пределами плазмосферы после магнитных возмущений. Многие свойства излучений объясняет теория плазменного магнитосферного мазера, допускающая существования автоколебательного процесса генерации излучений, обусловленного модуляцией анизотропии функции распределения энергичных электронов. Теория объясняет новые результаты наблюдений квазипериодических излучений с более сложной временнóй структурой при наличии периодического внешнего воздействия на динамику плазменного магнитосферного мазера. Во всех рассмотренных случаях было проверено в данных магнитометра космического аппарата отсутствие признаков геомагнитных пульсаций с периодами, сравнимыми с периодами повторения спектральных форм на спектрограммах электромагнитных излучений. Модельные расчеты показали, что акустико-гравитационная волна в ионосфере в основании трубки магнитного поля с облаком оторвавшейся плазмы может обеспечить формирование наблюдаемой временнóй структуры излучений.

По данным наблюдений радиационной обстановки в космосе с борта ИСЗ “Метеор-М № 2”, находящегося на солнечно-синхронной круговой орбите высотой ~832 км, выявлено 25 аномальных возрастаний потоков электронов длительностью ~6–8 мин каждое. Эти редкие события зарегистрированы в 2014–2022 гг., в Океании, в низких широтах в утренние часы местного времени в спокойных геомагнитных условиях, в энергиях от ~100 кэВ до нескольких МэВ. Потоки электронов в канале черенковского счетчика наблюдались на уровне потоков галактических космических лучей в полярных шапках, а в каналах других счетчиков – на уровне потоков в максимуме внешнего радиационного пояса. Предполагается, что наблюдались высыпания электронов из внутреннего радиационного пояса: при баунс-колебаниях электроны попадали в циклотронный резонанс с радиоизлучением, инициированным наземными и/или судовыми передатчиками в утренние часы местного времени.

Представлены результаты экспериментальных исследований явлений в высокоширотной верхней (F-область) ионосфере, вызванных воздействием мощных радиоволн КВ-диапазона обыкновенной (О-мода) поляризации на частотах нагрева f_H, существенно превышающих критическую частоту слоя F 2 (f_H – fоF2 = 0.9–1.1 МГц). Результаты базируются на данных экспериментов, выполненных на КВ нагревном стенде EISCAT/Heating в г. Тромсё, северная Норвегия (69.6° N, 19.2° E). В период экспериментов мощная радиоволна КВ-диапазона О-поляризации излучалась в направлении магнитного зенита с максимальной эффективной мощностью излучения 350–550 МВт. Впервые обнаружено, что в условиях, когда мощная радиоволна КВ-диапазона О-поляризации не отражалась от ионосферы, происходит образование дактов повышенной электронной плотности Ne, генерация мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей и узкополосного (в полосе ±1 кГц относительно частоты нагрева) искусственного радиоизлучения ионосферы, регистрируемого на расстоянии ~1200 км от нагревного стенда. Выполнено сравнение характеристик мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей и спектральной структуры искусственного радиоизлучения ионосферы при альтернативном О-/Х- нагреве в магнитный зенит на частотах, существенно превышающих критическую частоту слоя F2. Установлено, что в целом их поведение имеет одинаковый характер, однако эволюция развития рассмотренных явлений при О- и Х-нагреве отличается.

Есть ряд теоретических исследований, указывающих на ключевую роль зональных термосферных ветров в процессах генерации и эволюции экваториальных плазменных пузырей. Однако нет достаточного количества наблюдательных данных, подтверждающих связь этих явлений. Для исследования этой связи проведен детальный сравнительный и корреляционный анализ LT-вариаций вероятности наблюдения экваториальных плазменных пузырей и скорости зонального термосферного ветра. Использованы данные наблюдений экваториальных плазменных пузырей, регистрируемых на борту спутника ISS-b (~972−1220 км) в периоды солнцестояний и равноденствий. Также использованы данные наблюдений скорости зонального термосферного ветра, полученные на борту спутника CHAMP (~380−450 км). Получено, что указанные характеристики при сравнении подобны и имеют очень сильную корреляцию (R ≅ 0.9) летом, сильную корреляцию (R ≅ 0.8) зимой и (R ≅ 0.79) в равноденствие. Выявлено, что во все сезоны задержка развития максимумов вероятности наблюдения экваториальных плазменных пузырей по отношению к максимумам скорости западного ветра составляет 1–3 ч, что хорошо согласуется с оценкой времени развития “затравочных” возмущений и временем подъема пузырей до высот верхней ионосферы. Выявленные результаты могут считаться новым подтверждением теоретического положения (модель Kudeki) о ключевом влиянии зональных западных термосферных ветров на процесс генерации экваториальных плазменных пузырей.

Индекс P = (F₁ + F₈₁)/2 является оптимальным индексом солнечной активности для критической частоты E-слоя foE, где F₁ и F₈₁ – поток радиоизлучения Солнца на длине волны 10.7 см в данный день и среднее за 81 день значение этого потока, центрированное на данный день. Поэтому для вычисления F₈₁ в данный день необходимо знание F₁ не только в этот и предыдущие дни, но и на 40 дней вперед. Вместо индекса F₈₁ в задачах краткосрочного прогноза этого индекса может быть использован F(27, 81) – средневзвешенный индекс солнечной активности с характерным временем 27 дней за данный и предыдущие 80 дней. Поэтому для вычисления индекса F(27, 81) достаточно знания F₁ в данный день и предыдущие дни. В данной работе представлены первые оценки эффективности такой замены для foE. Для этого проанализированы изменения точности расчетов foE при замене индекса P на P * = (F₁ + F(27, 81))/2 в эмпирических моделях, построенных по данным foE ионосферных станций в дневные часы на средних и субавроральных широтах за 1959–1995 гг. Получено, что индексы P и P * практически эквиваленты для вычисления foE по построенным эмпирическим моделям на этих широтах: разница коэффициентов вариации для foE не превышает 0.3% в каждый из сезонов на разных фазах солнечных циклов. Следовательно, индекс P * может быть рекомендован для использования в задачах краткосрочного прогноза foE, поскольку он основан на индексах F₁ за данный и предыдущие дни в отличие от индекса P, для вычисления которого необходим прогноз F₁ на 40 дней вперед.

Исследована связь между всплесковыми возрастаниями потоков пылевого космического вещества на земную поверхность (в основном представленного частицами самородных металлов) и поведением полярности главного геомагнитного поля. С этой целью проведен поиск горизонтов древних отложений с высокой концентрацией пылевого космического материала (превышающей фоновую концентрацию более чем на порядок). Такие повышенные концентрации пылевых космических частиц были обнаружены в отложениях торфа, соответствующих экскурсу Этруссия (2.5–3 тыс. лет назад), а также в древних морских отложениях мела и палеогена. Всего нами обнаружено 5 горизонтов с высокой концентрацией пылевого космического материала. Их мощности составляли до 1 м. Измерение палео- и петромагнитных параметров образцов, отобранных по мощности осадочных толщ, показало, что начало накопления этих горизонтов совпало с экскурсами геомагнитного поля. При этом процесс обогащения отложений пылевыми частицами мог продолжаться несколько дольше, чем длился экскурс геомагнитного поля. Получено свидетельство того, что столкновения Земли с плотными потоками космической пыли могли совпадать с кратковременными нарушениям полярности геомагнитного поля, но не оказывали продолжительного влияния на работу геодинамо.