Григорьев В.М., Ермакова Л.В., Хлыстова А.И. «Асимметрия в появлении лидирующей и последующей полярностей в фотосферном магнитном поле на ранней стадии образования активной области» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 3-9 (2020)

Эволюция магнитного поля в фотосфере на ранней стадии развития активной области изучалась по данным о продольной компоненте магнитного поля и лучевых скоростях, полученным с помощью SOHO/MDI и SDO/HMI. Визуальная инспекция 48 случаев возникновения активных областей и детальный анализ динамики потоков магнитного поля четырех активных областей показали, что в момент выхода нового магнитного поля первым в фотосфере обнаруживается поле последующей полярности. Асимметрия потоков лидирующей и последующей полярностей сохраняется несколько десятков минут. Наблюдаемая асимметрия магнитных потоков подтверждает результаты численного моделирования выхода магнитного поля активной области в верхних слоях конвективной зоны, выполненного Ремпелем и Ченгом [Rempel M., Cheung M.C.M. Numerical simulations of active region scale flux emergence from spot formation to decay // Astrophys J. 2014. V. 785. P. 90-109. DOI: 10.1088/0004- 637X/785/2/90]. Ключевые слова: магнитное поле, активные области.

Турова И.П., Григорьева С.А., Ожогина О.А. «Пространственные и временные вариации формы контуров линии K Ca II в различных структурных образованиях солнечной хромосферы. II. Методика определения и корреляционные соотношения между параметрами линии для участков K1 и K2.» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 10-17 (2020)

Исследовались две области в атмосфере Солнца, находящиеся в основании корональной дыры. Вычислен ряд параметров линии K Ca II для минимумов интенсивности K₁ и пиков K₂, которые образуются на высотах между верхней фотосферой и нижней хромосферой, и в нижней хромосфере соответственно. Уточнена методика определения сдвигов контура Δλ_K1v и ΔλK_1r, ΔλK_2v и ΔλK_2r, включая случаи, когда их прямое нахождение затруднено. Вычислены интенсивности IK_1v, IK_1r, IK_2v, IK_1r, разделения минимумов K₁ и пиков K₂: SEPK₁=ΔλK_1r–ΔλK_1v, SEPK₂=ΔλK_2r–ΔλK_2v соответственно. Построены графики рассеяния и определены корреляционные соотношения между параметрами, относящимися к разным уровням атмосферы. Получены следующие результаты. Интенсивности, которые наблюдаются в нижней и средней хромосфере связаны между собой сильнее, чем интенсивности, относящиеся к верхней фотосфере и средней хромосфере. Структуры с усиленным магнитным полем более яркие на уровне верхней фотосферы и нижней хромосферы по отношению к структурам с более слабым полем. Разделения минимумов K₁ имеют большую величину для структур с усиленным магнитным полем по отношению к структурам с более слабым полем, тогда как для разделения пиков K₂ картина обратная – они меньше для структур с усиленным магнитным полем. Такая зависимость имеет место не только для выбранных структур спокойной области, но и для флоккулов, хотя по флоккулам требуется дополнительная статистика. Зависимость между сдвигами интенсивности минимумов K₁ и пиков K₂ для фиолетового и красного крыльев оказалась слабой. Это может быть связано как с существенным вкладом случайных движений в поле скоростей на уровнях верхней фотосферы и нижней хромосферы, так и с разностью высот образования фиолетового и красного крыльев. Ключевые слова: фотосфера, хромосфера, контуры линии K Ca II.

Некрасов А.К., Пилипенко В.А. «МГД-волны в столкновительной плазме солнечной короны и земной ионосферы» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 18-25 (2020)

Рассмотрены МГД-волны (альфвеновская и быстрая магнитозвуковая моды) в однородной столкновительной трехкомпонентной плазме низкого давления (β<<1). Трехкомпонентная плазма состоит из электронов, ионов и нейтралов с произвольным соотношением между частотами столкновений и периодами волны. Мы вывели общее дисперсионное уравнение и соотношения для фазовой скорости и декремента затухания МГД-мод в различных предельных случаях: от слабостолкновительной плазмы до сильного зацепления между ионами и нейтралами, а также для продольного и наклонного распространения волн. В слабостолкновительном пределе собственные МГД-моды сводятся к обычным альфвеновским и быстрым магнитозвуковым волнам. Для слабо ионизированной плазмы с сильной столкновительной связью нейтралов с ионами скорости магнитозвуковых и альфвеновских волн существенно уменьшаются по сравнению с альфвеновской скоростью в теории идеальной МГД. При очень низких частотах, когда нейтралы и ионы сильно связаны, становятся возможными слабозатухающие МГД-моды, названные медленными МГД-модами. Эти моды могут наблюдаться в солнечной короне и в F-слое земной ионосферы. Ключевые слова: Солнце, земная ионосфера, столкновительная плазма, МГД-волны.

Пархомов В.А., Еселевич В.Г., Еселевич М.В., Дмитриев А.В., Суворова А.В., Ведерникова Т.И. «Классификация магнитосферных откликов на взаимодействие с диамагнитными структурами медленного солнечного ветра» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 26-41 (2020)

Предлагается возможная классификация откликов магнитосферы на контакт с диамагнитными структурами (ДС), составляющими основу медленного солнечного ветра. Основными детерминантами классификации являются значение и ориентация вертикальной компоненты B_z межпланетного магнитного поля (ММП). Определены три типа магнитосферных откликов. Первый имеет два подтипа, главными отличиями которых является наличие или отсутствие полярных сияний на дневной стороне магнитосферы. До прихода ДС в течение часа B_z имеет положительное значение (до ∼12 нТл) или флуктуирует от –1 до 1 нТл. Для обоих подтипов длительность суббуревых возмущений примерно совпадает с длительностью ДС, а интенсивность не превышает АЕ∼500 нТл. Второй тип характеризуется тем, что до начала контакта с ДС в течение часа регистрируется ММП с положительным значением B_z (0–10 нТл), а на границе ДС происходит быстрая (меньше двух минут) смена ориентации вертикальной компоненты ММП с северного на южное направление. Для третьего типа B_z в течение часа перед контактом с ДС имеет отрицательное значение (от –10 до 0 нТл). Обсуждается проблема передачи энергии ДС в магнитосферу. Ключевые слова: медленный солнечный ветер, диамагнитная структура, классификация магнитосферных откликов, суббуревое возмущение.

Зверев А.С., Григорьев В.Г., Гололобов П.Ю., Стародубцев С.А «Мониторинг параметров анизотропии космических лучей в реальном времени и краткосрочный прогноз геомагнитных возмущений» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 42-45 (2020)

В ИКФИА СО РАН реализованы непрерывный мониторинг динамики параметров распределения космических лучей с использованием данных международной базы нейтронных мониторов NMDB, доступных в реальном времени, и прогноз геомагнитной возмущенности на основе автоматического анализа полученных результатов. Мониторинг основан на применении метода глобальной съемки, позволяющего рассматривать мировую сеть нейтронных мониторов как единый прибор, ориентированный в каждый момент времени измерения во многих направлениях. Данный метод позволяет получать в реальном времени параметры девяти компонент первых двух угловых моментов функции распределения космических лучей за каждый час наблюдений. В работе рассматриваются методические вопросы, связанные с использованием метода глобальной съемки в реальном времени, и приводятся некоторые результаты прогноза геомагнитных возмущений за 2017–2018 гг. Ключевые слова: космические лучи, нейтронный монитор, глобальная съемка, геомагнитные бури, зональные компоненты, предвестники

Лазутин Л.Л. «Возрастания энергичных протонов СКЛ на Земле и их связь с источниками на Солнце» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 46-50 (2020)

По данным каталога Логачева за 23-й цикл солнечной активности исследована зависимость измеренных возрастаний солнечных космических лучей (СКЛ) от возмущений на Солнце. Показано, что эффективность регистрации на Земле и в ее окрестностях возрастаний СКЛ, вызванных ускорением протонов в короне, зависит от мощности солнечной вспышки, создавшей ударную волну, и положения вспышки на солнечном диске. По мере удаления потока частиц по гелиодолготе от родительской вспышки эффективность ускорения снижается, т. е. понижается максимальная энергия ускоренных частиц и, при равной энергии, интенсивность их потоков. В результате на определенном удалении по гелиодолготе от родительской вспышки поток солнечных протонов понижается до уровня галактического фона и возрастание СКЛ не регистрируется. Ключевые слова: солнечные космические лучи, балл солнечной вспышки, гелиодолгота.

Котова Г.А., Веригин М.И., Гомбоши Т., Кабин К. «Аналитическая модель околопланетной ударной волны для различных направлений магнитного поля, основанная на МГД-расчетах» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 51-58 (2020)

Для исследования физических процессов в плазме вблизи планет часто требуется знание положения и формы околопланетной ударной волны. Обычно используются эмпирические модели, поскольку теоретические магнитогидродинамические (МГД) и кинетические модели требуют слишком большого компьютерного времени и их невозможно применять для отслеживания быстропротекающих процессов. М.И. Веригин предложил полуэмпирический подход, основанный на применении точных теоретических выражений с небольшим числом параметров, имеющих ясный физический смысл. Эти параметры оцениваются при аппроксимации экспериментальных данных или результатов подробных МГД-расчетов. Ранее удалось построить такую модель ударной волны около препятствия произвольной формы в случае газодинамического течения. Эта модель может быть использована при любых звуковых числах Маха и больших значениях альфвеновского числа Маха. Кроме того, был рассчитан аналитически в МГД-приближении асимптотический конус Маха – угол наклона ударной волны на бесконечном удалении от планеты. В настоящей работе предлагается модель отошедшей ударной волны для любого направления магнитного поля по отношению к скорости набегающего потока и для любых чисел Маха. Параметрами модели являются расстояние носовой точки ударной волны от препятствия, радиус кривизны и затупленность ударной волны в носовой точке, параметр перехода к асимптотическому направлению ударной волны и угол скошенности носовой части ударной волны относительно направления набегающего потока. Ключевые слова: солнечный ветер, межпланетное магнитное поле, околопланетная ударная волна, конус Маха.

Макаров Г.А. «Геометрический фактор в сезонных вариациях среднесуточных значений геомагнитного индекса D_st» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 59-66 (2020)

Рассматриваются данные по геомагнитному индексу D_st за период 1966–2015 гг. В спокойных условиях на возникновение сезонных вариаций среднесуточных значений Dst-индекса влияют геометрические факторы взаимодействия солнечного ветра и магнитосферы, а при усилении возмущенности – развитие частичного кольцевого тока в магнитосфере. При больших отрицательных значениях D_st-индекса его сезонный ход отсутствует. Предполагается, что неравномерность сети станций, по данным которых рассчитывается D_st-индекс, приводит к образованию его годовой вариации. Образование полугодовой вариации связано с перемещением плазменного слоя относительно плоскости геомагнитного экватора при обороте Земли вокруг Солнца. По данным о полугодовых вариациях числа дней n(D_st) определено критическое среднесуточное значение геомагнитного индекса Dst, начиная с которого день можно считать возмущенным: D_st≤–24 нТл. Ключевые слова: геомагнитный индекс D_st, полугодовая вариация магнитной активности.

Пенских Ю.В. «Применение метода наибольших вкладов в технике инверсии магнитограмм» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 67-76 (2020)

Основы созданного Гауссом сферического гармонического анализа (СГА) геомагнитного поля приобрели классическую форму Чепмена–Шмидта в первой половине ХХ в. В отечественной геомагнитологии метод СГА активно развивался в ИЗМИРАНе, а с началом космической эры – и в ИСЗФ СО РАН, где со временем СГА стал основой комплексного метода ТИМ (техники инверсии магнитограмм). СГА решает обратную задачу теории потенциала, в которой рассчитываются источники поля геомагнитных вариаций (ПГВ) – внутренние и внешние электрические токи. В алгоритме СГА формируется система линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), включающая 3K уравнений (три компоненты вариаций геомагнитного поля, K – число наземных магнитных станций). Малые изменения левой и/или правой частей такой СЛАУ могут привести к значительному изменению неизвестных переменных. Как следствие, два последовательных момента времени с практически одинаковыми значениями ПГВ аппроксимируются значительно отличающимися коэффициентами СГА, что противоречит и логике, и реальным наблюдениям геомагнитного поля. Неустранимая погрешность магнитометров, как и различные методики определения ПГВ на магнитных станциях мировой сети, приводят также к неустойчивости решения СЛАУ. Для оптимального решения этой задачи около полувека назад в ИСЗФ СО РАН был разработан метод наибольших вкладов (МНВ) (Method of maximum contribution, MMC). В данной работе изложены основы этого оригинального метода, а также предложен ряд его модификаций, повышающих точность и/или скорость решения СЛАУ. Показано преимущество МНВ перед другими популярными методами, особенно для Южного полушария Земли. Ключевые слова: эквивалентная токовая функция, техника инверсии магнитограмм, сферический гармонический анализ, система линейных алгебраических уравнений.

Афанасьев Н.Т., Чудаев С.О. «Диагностика стохастического ионосферного канала в декаметровом диапазоне радиоволн» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 77-85 (2020)

Предложена методика прямой диагностики стохастического ионосферного радиоканала, позволяющая пересчитать характеристики пробного зондирующего сигнала в характеристики передаваемого сигнала. Получены аналитические соотношения вторых статистических моментов траекторных характеристик основного и пробного сигналов, распространяющихся в трехмерной случайно-неоднородной ионосфере. При выводе соотношений учтены граничные условия в пунктах излучения и приема сигналов. В качестве модели случайных неоднородностей диэлектрической проницаемости ионосферы использованы представления об изменяющемся пространственно-временном корреляционном эллипсоиде, самосогласованным с пространственными изменениями средней ионосферы. Временные флуктуации случайных неоднородностей учтены в рамках гипотезы о замороженном переносе. Аналитические соотношения использованы для расчета ожидаемых статистических характеристик декаметровых сигналов на трассах наклонного зондирования ионосферы. Предложена оперативная численная алгоритмизация полученных формул. Приведены результаты численных экспериментов для определения ожидаемых дисперсий фазы, групповой задержки и доплеровского сдвига частоты основного сигнала на заданной односкачковой трассе по данным измерений этих характеристик пробного сигнала на вспомогательной трассе. Показана эффективность предложенной методики диагностики статистических траекторных характеристик декаметрового сигнала на односкачковых трассах в условиях, когда наземные пункты излучения и приема основного и пробного сигналов находятся вне окрестностей точек фокусировки волнового поля. Ключевые слова: ионосфера, случайные неоднородности, флуктуации, статистические моменты, лучевое приближение, радиосигнал, декаметровый диапазон.

Борчевкина О.П., Карпов И.В., Карпов М.И., Коренькова Н.А., Власов В.И., Лещенко В.С. «Влияние метеорологических штормов на область Е ионосферы в 2017–2018 гг.» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 86-92 (2020)

Представлены результаты наблюдений спорадического слоя Es в период метеорологических возмущений в Калининграде в октябре 2017 и 2018 г. на фоне спокойных геомагнитных условий. В дни метеорологических штормов (29–30 октября 2017 и 23–24 октября 2018 г.) отмечались существенные изменения в динамике критической частоты E_s-слоя. Наблюдения возмущений атмосферных и ионосферных параметров в Калининградском регионе показывают, что задержка реакции ионосферы по отношению к времени максимальных возмущений атмосферных параметров составляет около трех часов. Причины возникновения наблюдаемых явлений на высотах Е-области, по-видимому, обусловлены распространением акустико-гравитационных волн, генерируемых конвективными процессами в нижней атмосфере в периоды метеорологического шторма. Усиление турбулентных процессов в нижней термосфере приводит к увеличению плотности атмосферы и ускорению рекомбинационных процессов. За этим следует быстрое снижение концентрации ионов и соответственно критической частоты слоя E_s вплоть до частот ниже порога чувствительности ионозондов. Ключевые слова: спорадический Е-слой, акустико-гравитационные волны, атмосферно-ионосферные связи, метеорологические возмущения.

Гульельми А.В., Клайн Б.И., Куражковская Н.А. «Землетрясения и геомагнитные возмущения» Солнечно-земная физика, 6, № 4, с. 93-98 (2020)

Статья посвящена проблеме связи землетрясений с геомагнитными явлениями. Экспериментальное исследование произведено методом, в основе которого лежит, во-первых, выделение экстремально спокойных и возмущенных периодов в состоянии геомагнитного поля и, во-вторых, описание сейсмической активности с помощью индекса, названного авторами глобальной суточной магнитудой (GDM). Путем анализа каталога землетрясений NEIC Геологической службы США за 20-летний период с 1980 по 1999 г. показано, что планетарная активность землетрясений в экстремально спокойных геомагнитных условиях заметно выше, чем в возмущенных условиях. Обнаруженная тенденция к повышению сейсмической активности в экстремально геомагнитно-спокойные периоды косвенно подтверждается анализом 35 землетрясений с магнитудой 8 и выше, произошедших в 1980–2019 гг. Удалось обнаружить, что в экстремально спокойных геомагнитных условиях заметно повышена вероятность возникновения сильных землетрясений. Результат качественно подтверждает предположение об изменении режима сейсмической активности вследствие воздействия переменных магнитных полей на пластичность горных пород. Ключевые слова: сейсмология, геомагнетизм, закон Гутенберга–Рихтера, магнитные бури, магнитопластичность, ансамбль землетрясений, статистическая сумма, энтропия/