Ли Лу, Цин-Лун Ю, Пин Чжоу, Синь Чжан, Сянь-Го Чжан, Синь-Юэ Ван, Юань Чан «Моделирование визуализации мониторинга энергичных нейтральных атомов геомагнитосферы на лунной базе» Солнечно-земная физика, 7, № 3, с. 3-11 (2021)

Поскольку время полного оборота Луны вокруг Земли в точности совпадает с периодом ее вращения вокруг своей оси, мы можем видеть только одну сторону Луны, обращенную к Земле. Благодаря отсутствию на Луне собственного корпускулярного излучения, на ее поверхности, обращенной к Земле, может быть установлена базовая станция телеметрии нейтральных атомов для осуществления долгосрочного непрерывного мониторинга геомагнитной активности. Разрабатывается двумерная система получения изображения энергичных нейтральных атомов (ЭНА) с полем зрения 20×20°, угловым разрешением 0.5×0.5° и геометрическим фактором ∼0.17 см²ср. Моделирование магнитосферного кольцевого тока в энергетическом канале 4–20 кэВ для средней геомагнитной бури (Kp=5) показывает следующее: 1) примерно на 60 R_E (R_E – радиус Земли) система получения изображения может получить 10⁴ событий ЭНА за 3 мин, что соответствует статистическим требованиям к инверсии 2D кодированных данных изображений и удовлетворяет требованиям анализа эволюции кольцевого тока суббури во время магнитных бурь над средой; 2) загадки радиационных потерь ЭНА в областях магнитопаузы и плазменного слоя хвоста магнитосферы были выявлены с помощью двумерной модели излучения ЭНА. Мониторинг с высоким пространственно-временным разрешением изображений ЭНА этих двух важных областей обеспечит основу измерений поступления и механизма генерации энергии солнечного ветра; 3) средний интервал между регистрациями событий ЭНА составляет около 16 мс на орбите Луны; спектральная разница во времени для установленного диапазона энергий составляет минуты, что позволит получить информацию о местоположении для отслеживания триггера вспышек частиц во время геомагнитных бурь.

Пархомов В.А., Еселевич В.Г., Еселевич М.В., Дмитриев А.В., Суворова А.В., Хомутов С.Ю., Цэгмэд Б., Райта Т. «Магнитосферный отклик на взаимодействие с диамагнитной структурой спорадического солнечного ветра» Солнечно-земная физика, 7, № 3, с. 12-30 (2021)

Представлены результаты исследования движения от источника на Солнце до поверхности Земли диамагнитной структуры (ДС) солнечного ветра, представляющей собой последовательность микроДС меньших масштабов, которые являются частью коронального выброса массы 18.05.2013. ДС, определяемая по высокому отрицательному коэффициенту корреляции между модулем ММП и концентрацией СВ на спутниках АСЕ и Wind (rr=–0.9) вблизи точки Лагранжа, на околоземной орбите на спутниках ТНВ и ТНС (r=–0.9) и на спутнике ТНА внутри магнитосферы, переносится от Солнца солнечным ветром до орбиты Земли с сохранением своей тонкой внутренней структуры. Имея большой размер в радиальном направлении (≈763 R_E, где R_E – радиус Земли), ДС обтекает магнитосферу. В то же время микроДС, имея размеры ≤13 R_E, проходит через головную ударную волну и магнитопаузу в виде замагниченного плазмоида. При этом концентрация ионов в плазмоиде возрастает от 10 см^–3 до 90 см^–3, а его скорость падает при движении в хвост магнитосферы. При переходе ДС через магнитопаузу генерируется импульсное электрическое поле величиной ∼400 мВ/м с последующими колебаниями с периодом Т ∼200 c и амплитудой ∼50 мВ/м. Электрическое поле ускоряет частицы радиационного пояса и вызывает модулированные потоки протонов в диапазоне энергий 95–575 кэВ на дневной стороне магнитосферы и электронов 40–475 кэВ и протонов 95–575 кэВ на ночной. На вечерней стороне магнитосферы (19–23 MLT) наблюдается суббуревая активизация геомагнитных пульсаций и полярных сияний, но без отрицательной магнитной бухты. В послеполуночном секторе (01–05 MLT) наблюдается sawtooth-суббуря без предварительной фазы и брейкапа с глубокой модуляцией ионосферного тока и аврорального поглощения. Длительность всех явлений в магнитосфере и на Земле определяется временем взаимодействия ДС с магнитосферой (∼4 ч). Для интерпретации закономерностей магнитосферного отклика на взаимодействие с ДС рассматриваются альтернативные модели импульсного прохождения ДС из СВ в магнитосферу и классическая модель пересоединения ММП и геомагнитного поля.

Макаров Г.А. «Смещения значений геомагнитных индексов магнитосферного кольцевого тока» Солнечно-земная физика, 7, № 3, с. 31-38 (2021)

Рассматриваются изменения среднесуточных значений индексов Dst , SYM-Н , ASY-Н и ASY-D и их зависимость от уровня магнитной возмущенности за период 1981–2016 гг. Эти индексы являются геомагнитными характеристиками магнитосферного кольцевого тока. Установлено, что индексы асимметричной компоненты кольцевого тока АSY-H и АSY-D в относительно магнитно-спокойные периоды не равны нулю. Определены смещения значений в зависимостях индексов ASY-Н и ASY-D от уровня магнитной возмущенности. Анализируется поведение показателя степени симметрии кольцевого тока – отношения SYM-H/ASY-H – в течение года при разных уровнях возмущенности. Обнаружено, что это отношение растет по абсолютной величине по мере возрастания возмущенности и при больших возмущениях (при Dst<–50) превышает 1.

Потапов А.С., Полюшкина Т.Н., Цэгмэд Б. «Морфология и диагностический потенциал ионосферного альвеновского резонатора» Солнечно-земная физика, 7, № 3, с. 39-56 (2021)

Слоистость ионосферы приводит к образованию различного рода резонаторов и волноводов. Одним из наиболее известных является ионосферный альвеновский резонатор (ИАР), излучение которого может наблюдаться как на земной поверхности, так и в космосе, в виде веерообразного набора дискретных спектральных полос (ДСП), частота которых плавно меняется в течение суток. Полосы формируются альвеновскими волнами, захваченными между нижней частью ионосферы и перегибом высотного профиля альвеновской скорости в области перехода от ионосферы к магнитосфере. ИАР является одним из важных механизмов ионосферно-магнитосферного взаимодействия. Частота излучения лежит в диапазоне от десятых долей герца до примерно 8 Гц – частоты первой гармоники шумановского резонанса. В обзоре подробно описана морфология явления. Подчеркивается, что излучение ИАР является перманентным явлением, вероятность наблюдения которого в первую очередь определяется чувствительностью аппаратуры и отсутствием помех естественного и искусственного происхождения. Ежедневная длительность наблюдения ДСП зависит от условий освещенности нижней ионосферы: полосы хорошо видны только тогда, когда слой D затенен. Систематизированы многочисленные теоретические модели ИАР. Все они основаны на анализе возбуждения и распространения альвеновских волн в неоднородной ионосферной плазме и различаются в основном источниками генерации колебаний и методами учета различных факторов, таких как взаимодействие волновых мод, дипольная геометрия магнитного поля, частотная дисперсия волн. Предсказываемая всеми моделями резонатора и многократно подтвержденная экспериментально тесная связь изменений частоты ДСП с вариациями критической частоты f_оF2 служит основой поиска способов определения в реальном времени электронной концентрации ионосферы по измерениям частоты излучения ИАР. Возможна также оценка профиля ионного состава над ионосферой по данным о частотной структуре излучения ИАР. В обзоре уделяется внимание и другим результатам из широкого диапазона исследований ИАР. Упоминаются результаты, выявившие влияние ориентации межпланетного магнитного поля на колебания резонатора, и факты воздействия на ИАР сейсмических возмущений.

Золотухина Н.А., Полех Н.М., Михалев А.В., Белецкий А.Б., Подлесный С.В. «Особенности эмиссий 630.0 и 557.7 нм в области главного ионосферного провала: 17 марта 2015 г.» Солнечно-земная физика, 7, № 3, с. 57-71 (2021)

Особенности эмиссий 557.7 и 630.0 нм, наблюдавшихся 17 марта 2015 г. в среднеширотной Геофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН (с. Торы, 52° N, 103° E) на второй ступени главной фазы магнитной бури, сопоставлены с изменениями ионосферных параметров над этой станцией, выявленными по данным ионосферного зондирования и картам полного электронного содержания. Обнаружено, что интенсивности эмиссий 557.7 и 630.0 нм возросли после того, как обсерватория оказалась в долготном секторе развитого главного ионосферного провала (ГИП). Самые мощные синхронные увеличения интенсивностей двух эмиссий были связаны с активизациями западного электроджета во время усиления магнитосферной конвекции. Исследована зависимость соотношений между интенсивностями эмиссии 630.0 нм, зарегистрированными в направлениях на север, в зенит и на юг, от положения излучающих областей относительно дна ГИП. Показано, что SAR-дуга, первоначально появившись вблизи основания полярной стенки ГИП, приблизилась к зениту станции одновременно с появлением на ионограммах F3s-отражений, являющихся индикатором наличия поляризационного джета вблизи наблюдательного пункта.

Пилипенко В.А. «Воздействие космической погоды на наземные технологические системы» Солнечно-земная физика, 7, № 3, с. 72-110 (2021)

Обзор посвящен различным аспектам проблемы воздействия космической погоды (КП) на наземные технологические системы. Особое внимание уделено нарушениям в работе линий электропередач (ЛЭП), железнодорожной автоматики и трубопроводов, вызванным геоиндуцированными токами (ГИТ) при возмущениях геомагнитного поля. В обзоре даны сведения об основных характеристиках вариабельности геомагнитного поля и быстрых вариациях поля при различных проявлениях КП. Излагаются основы моделирования возмущений геоэлектрического поля, основанные на алгоритмах магнитотеллурического зондирования. Рассмотрены подходы к оценке возможных экстремальных величин ГИТ. Собраны сведения об экономических эффектах КП и ГИТ. Рассказано о современном состоянии и перспективах прогноза КП, а также об оценке риска для технологических систем при воздействии ГИТ. Следует подчеркнуть, что хотя в космической геофизике активно разрабатываются различные модели предсказания интенсивности магнитных бурь и вызванных ими геомагнитных возмущений по наблюдениям межпланетной среды, эти модели не могут быть непосредственно применены для предсказания интенсивности и положения ГИТ, так как описание вариабельности геомагнитного поля требует разработки отдельных моделей. Выявление тонкой структуры быстрых геомагнитных вариаций во время бурь и суббурь и вызываемых ими всплесков ГИТ оказалось важным не только с практической точки зрения, но и для развития фундаментальных представлений о динамике околоземного космического пространства (ОКП). В отличие от узкоспециальных работ по геофизическим аспектам вариаций геомагнитного поля и инженерным аспектам воздействия ГИТ на работу промышленных трансформаторов обзор рассчитан на более широкую научно-техническую аудиторию, без потери научного уровня изложения. Иными словами, геофизическая часть написана для инженеров-энергетиков, а инженерная – для геофизиков. Несмотря на явную прикладную направленность рассматриваемых исследований, эти работы не сводятся к чисто инженерному применению результатов космической геофизики для расчета возможных рисков для технологических систем, а ставят и ряд принципиальных научных проблем.

Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., Мазур Н.Г., Климов С.И. «Электромагнитное загрязнение околоземного космического пространства излучением ЛЭП» Солнечно-земная физика, 7, № 3, с. 111-119 (2021)

Обзор по результатам спутниковых наблюдений на низких орбитах излучения наземных линий электропередач (ЛЭП) на промышленной частоте 50–60 Гц. Особое внимание уделено наблюдениям на спутниках «Чибис-M» и DEMETER. Электрическая 40-см антенна аппарата часто регистрировала излучение на частоте 50–60 Гц (Power Line Emission, PLE) при пролетах над промышленно развитыми областями. Спектральная амплитуда зарегистрированного излучения варьировала в пределах 1–18 (мкВ/м)/Гц^0.5, что соответствует амплитуде электрического поля E ~1 мкВ/м. Приведены результаты численных расчетов электромагнитного отклика атмосферы и ионосферы на приземный крупномасштабный излучатель на частоте 50 Гц. По результатам моделирования PLE с наблюдаемой на спутниках в ночной ионосфере интенсивностью на средних широтах ∼1 мкВ/м может возбуждаться в ЛЭП несбалансированным током 8–10 A над земной корой проводимостью 10^–3 См/м. На средних и низких широтах с наклонным геомагнитным полем максимальный отклик в верхней ионосфере на излучение ЛЭП должен наблюдаться смещенным к экватору, хотя это смещение меньше, чем снос при переносе возмущения вдоль геомагнитного поля. Максимальная амплитуда электромагнитного отклика ионосферы на излучение ЛЭП незначительно уменьшается для наклонного геомагнитного поля. К настоящему времени интенсивность PLE в околоземном пространстве оказывается выше, чем интенсивность природных излучений в этом диапазоне (шумановские резонансы и ионные свисты), и продолжает нарастать по мере технологического развития человечества.

Янчуковский В.Л., Кузьменко В.С. «Метод автоматической коррекции данных нейтронного монитора на осадки в виде снега в реальном времени» Солнечно-земная физика, 7, № 3, с. 120-126 (2021)

Выполнено экспериментальное исследование влияния осадков в виде снега на результаты измерений интенсивности потока нейтронов у земной поверхности. Рассматриваются состояние снежного покрова и его плотность, обнаружена зависимость плотности от глубины снежного покрова. На основе полученных экспериментальных результатов делается оценка пробега поглощения нейтронов в снегу. Показано, что изменения снежного покрова на 10–12 см при его глубине 80 см вызывают вариации темпа счета монитора амплитудой 0.9%. При глубине снежного покрова 80 см происходит уменьшение темпа счета нейтронного монитора на ∼8%. Наблюдаемые вариации следует отнести к метеорологическим эффектам космических лучей. Коэффициент поглощения нейтронов в снегу был также найден по корреляции между темпом счета нейтронного монитора и количеством снега над детектором. Предложена коррекция данных нейтронного монитора на осадки в виде снега в реальном времени. Для этого был реализован непрерывный мониторинг глубины снежного покрова. Мониторинг обеспечивается снегомером, выполненным с использованием модуля лазерного дальномера. Обсуждаются полученные результаты.