Рязанцева М.О., Рахманова Л.С., Застенкер Г.Н., Ермолаев Ю.И., Лодкина И.Г. «Особенности спектральных характеристик плазменных флуктуаций в различных крупномасштабных потоках солнечного ветра» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 139-147 (2019)

Турбулентные характеристики флуктуаций плазмы солнечного ветра (СВ) могут значительно меняться в зависимости от условий в СВ. Различные типы крупномасштабных потоков, такие как невозмущенный медленный солнечный ветер, быстрый солнечный ветер, EJECTA (межпланетный корональный выброс массы), MC (магнитное облако), CIR (область сжатия на границе быстрых и медленных потоков), SHEATH (область сжатия перед EJECTA/MC), обычно характеризуются специфическими значениями плазменных параметров, которые могут влиять на формирование турбулентного каскада. В данной работе анализируются свойства спектров флуктуаций потока ионов в СВ в области перехода от магнитогидродинамического (МГД) к кинетическому масштабу на основе измерений с высоким временным разрешением с помощью плазменного спектрометра БМСВ на борту космического аппарата (КА) СПЕКТР-Р. Рассмотрены интервалы наблюдений внутри различных крупномасштабных типов течений СВ и проведено сравнение основных характеристик турбулентности в таких течениях. Показано, что свойства спектров флуктуаций могут сильно зависеть от типа СВ, в частности, внутри областей МС и областей сжатия перед ними, а также областей CIR характерно сильное укручение спектра флуктуаций на кинетических масштабах. Характеристики спектров флуктуаций на МГД масштабах в меньшей степени зависят от типов крупномасштабных структур солнечного ветра, и, в среднем, соответствуют колмогоровским спектрам. Однако можно отметить, что в медленном невозмущенном солнечном ветре наблюдаются наименьшие показатели наклона спектра, что свидетельствует об отличиях от традиционной колмогоровской модели развитой турбулентности.

Сотников Н.В., Антонова Е.Е., Рязанцева М.О., Баринова В.О., Рубинштейн И.А., Мить С.К. «Положение границы захвата энергичных электронов относительно границ аврорального овала во время магнитной бури 19–22 декабря 2015 г. по данным спутника Метеор-М № 2» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 148-159 (2019)

Исследовано положение границы захвата электронов с энергией >100 кэВ относительно экваториальной границы аврорального овала во время большой магнитной бури 19–22 декабря 2015 г. c минимальным Dst=–170 нТл по данным измерений спутника Метеор-М № 2. Измерялись энергичные электроны с энергиями от 0.1 до 13 МэВ и потоки низкоэнергичных электронов с энергиями от 0.13 до 16.64 кэВ. Учтено, что питч-угловое распределение энергичных электронов вблизи границы захвата почти изотропно. Показано, что граница захвата энергичных электронов во время рассмотренной бури регистрируется внутри аврорального овала или вблизи его полярной границы. Определено расстояние по геомагнитной широте между границей захвата энергичных электронов и экваториальной границей аврорального овала. Проведен анализ зависимости данного расстояния от времени для пересечений овала до и после полуночи. Показано, что во время бури происходит уменьшение расстояния между границей захвата и экваториальной границей овала после полуночи и его увеличение до полуночи. Вблизи минимума Dst эти величины практически выравниваются. Обсуждено значение полученных результатов для описания изменений топологии магнитосферы во время магнитных бурь.

Данилова О.А., Демина И.М., Птицына Н.Г., Тясто М.И. «Картирование жесткости геомагнитного обрезания космических лучей во время главной фазы магнитной бури 20 ноября 2003 г.» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 160-167 (2019)

Рассчитаны жесткости геомагнитного обрезания в модельном магнитосферном поле по мировой широтно-долготной сетке 5·15° во время главной фазы магнитной бури 20 ноября 2003 г. В максимуме геомагнитной бури в 20:00 UT на средних и в низких широтах наблюдается понижение геомагнитных порогов (ΔR) по сравнению с порогами в главном поле на величину до 1.8 ГВ. В экваториальной части ΔR составляет 0.5–0.6 ГВ. Получено, что глобальное распределение падений жесткостей обрезания демонстрирует северо-южную асимметрию, а также асимметрию день–ночь. Это выражается в том, что в дневном секторе в северном полушарии максимум ΔR наблюдается на широте ∼40° N, а в южном – на широте ∼60° S. В ночном секторе в северном полушарии максимум ΔR, наоборот, наблюдается на широте ∼55° N, а в южном полушарии – на широте ∼45° S. Кроме того, в северном полушарии максимальные значения ΔR в дневном секторе выше, чем в ночном, а в южном полушарии максимальные ΔR в дневном секторе ниже, чем в ночном. Наблюдаемые магнитосферные эффекты в глобальном распределении ΔR, по-видимому, обусловлены доминирующим влиянием частичного кольцевого тока, развивающегося в главной фазе бури.

Бруевич Е.А., Якунина Г.В. «Вариации потоков в линиях солнечного КУФ-излучения вне вспышек в 24-м цикле» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 168-174 (2019)

Исследования в крайней ультрафиолетовой (КУФ) и рентгеновской областях солнечного спектра важны в связи с их активной ролью в образовании ионосферы Земли. Фотоны КУФ-диапазона полностью поглощаются в верхних слоях атмосферы Земли и вызывают возбуждение, диссоциацию и ионизацию различных ее компонентов, а в конечном итоге – нагрев атмосферы. Их архивных данных Solar Dynamics Observatory/EUV Variability Experiment (SDO/EVE) нами сформированы ряды ежедневных значений потоков вневспышечного излучения в линиях КУФ-диапазона HeII (30.4 нм), HeI (58.4 нм), CIII (97.7 нм) и FeXVIII (9.4 нм) в 24-м цикле (2010–2017 гг.). Проведено сравнение этих потоков с соответствующими величинами потока радиоизлучения на волне 10.7 см (F_10.7) и вневспышечного потока излучения в рентгеновском диапазоне 0.1–0.8 нм (F_0.1–0.8) по наблюдениям на спутнике GOES-15. Сравнительный анализ показал наличие тесной связи между солнечным излучением в отдельных линиях КУФ-диапазона и потоками F_10.7 и F_0.1–0.8.

Кропоткин А.П. «Силовые трубки диполизации» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 175-182 (2019)

Наблюдаемые в последние годы на спутниках CLUSTER и THEMIS локализованные быстрые потоки плазмы в геомагнитном хвосте (bursty bulk flows – BBF и имеющие меньший масштаб dipolarizing flux bundles – DFB) находятся в тесной связи с процессами генерации тонких токовых слоев, наблюдавшихся на тех же спутниках. Это следует из проведенного нами ранее теоретического анализа и численного моделирования процессов генерации тонких токовых слоев. Теория позволяет также объяснить существенные отклонения в поведении DFB от предсказаний МГД-моделирования, проведенного в последние годы другими авторами. В рамках двухжидкостной модели такие отклонения удается понять, с учетом тока инерционного дрейфа ионов в локализованной трехмерной токовой системе DFB.

Дэспирак В., Любчич А.А., Клейменова Н.Г. «Суперсуббури и условия в солнечном ветре» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 183-190 (2019)

Исследовано влияние различных крупномасштабных структур и потоков солнечного ветра на появление особого типа суббурь – так называемых суперсуббурь (supersubstorms – SSS), которые представляют собой очень интенсивные суббури, определяемые по индексам SML<–2500 нТл и AL<–2500 нТл. Для анализа был выбран 131 случай SSS по данным наблюдений на станциях проекта SuperMAG в 1998–2016 г., а также 26 случаев SSS на меридиональной сети станций IMAGE. Результат исследования появления SSS в зависимости от разных типов солнечного ветра и разной геомагнитной возмущенности показал, что SSS, в основном, наблюдаются во время подхода к магнитосфере Земли магнитных облаков солнечного ветра MC (42%), а также областей сжатой плазмы SHEATH (45.2%) перед магнитными облаками или перед EJECTA. Иногда SSS могут появляться и во время EJECTA (8.3%). Таким образом, появление SSS вызывается межпланетными корональными выбросами массы и фактически не связано с высокоскоростными потоками из корональных дыр. Показано, что SSS, в основном, возникают во время магнитных бурь (Dst<–50 нТл). В редких случаях (13.4%), когда SSS наблюдались и во время интервалов с Dst>–50 нТл, это происходило, в основном, сразу после внезапного начала (SC) бури (11%) и очень редко в позднюю стадию фазы восстановления бури (1.2%). Установлено, что условия космической погоды, во время которых появляются SSS, резко отличаются от условий появления других типов высокоширотных суббурь, таких как “полярные” и “расширенные” суббури.

Деминов М.Г., Деминова Г.Ф. «Индекс солнечной активности для долгосрочного прогноза критической частоты F2-слоя» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 191-198 (2019)

На основе сопоставления скользящих средних за 12 мес. солнечных индексов активности с ионосферным индексом солнечной активности IG₁₂ за 1954–2014 гг. даны оценки относительных точностей солнечных индексов как индикаторов солнечной активности для медиан критической частоты F2-слоя за месяц. Эти солнечные индексы есть прежняя (Rz₁₂) и новая (Ri₁₂) версии относительного числа солнечных пятен; поток солнечного радиоизлучения на длине волны 10.7 см F₁₂, приведенный к шкале Rz₁₂, без учета (R_F12) и с учетом (Rf₁₂) дополнительной поправки к этому потоку для низкой солнечной активности. Интервал 1954–2014 гг. охватывает солнечные циклы 19–23 и неполный цикл 24. Получено, что в целом Ri₁₂ точнее Rz₁₂, индексы R_F12 и Rf₁₂ точнее индексов Rz₁₂ и Ri₁₂. Точности индексов RF12 и Rf12 совпадают для циклов 19–20. Для циклов 21–24 индекс Rf₁₂ точнее индекса R_F12, и это преимущество индекса Rf₁₂ было особенно отчетливым в циклах 23–24. Индекс Rf₁₂ отличается от R_F12 только введением новой дополнительной поправки для низкой солнечной активности. Эта аналитическая поправка была получена из условия минимума среднего отклонения Rf₁₂ от IG₁₂, что и обеспечило преимущества индекса Rf₁₂ как наиболее адекватного индикатора солнечной активности для медианы foF2 среди анализируемых солнечных индексов.

Черногор Л.Ф. «Суточно-сезонные вариации концентрации электронов в максимуме слоя F2 ионосферы с учетом волновых возмущений при низкой солнечной активности» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 199-212 (2019)

Представлены результаты анализа регулярных и квазипериодических суточно-сезонных вариаций концентрации электронов в максимуме слоя F2 ионосферы в период низкой солнечной активности (в 2016 г.). Для системного спектрального анализа временных вариаций концентрации электронов в диапазоне периодов 30–180 мин применялись оконное преобразование Фурье, адаптивное преобразование Фурье и вейвлет-преобразование. Во все сезоны в слое F2 ионосферы проявлялось преобладающее колебание с периодом 70–120 мин, амплитудой ΔN_a ≈ (2–10·10¹⁰ м^–3, относительной ΔN_a/Ñ ≈ 0.20–0.70. Продолжительность этого колебания в зависимости от сезона изменялась от 6 до 17 ч. Амплитуда колебаний с другими периодами была заметно меньше. Подтверждено, что регулярные суточно-сезонные вариации концентрации электронов в максимуме слоя F2 полностью соответствуют существующим представлениям о физико-химических процессах в ионосфере. Установлены основные закономерности в поведении квазипериодических вариаций концентрации электронов.

Голиков И.А., Гололобов А.Ю., Попов В.И., Варламов И.И. «Формирование кольцеобразной области повышения температуры электронов в субавроральной ионосфере в зимний период» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 213-218 (2019)

На основе сопоставления результатов численного моделирования и измерений электронной температуры (T_e) на ИСЗ CHAMP показана возможность формирования кольцеобразной области повышения температуры электронов в субавроральной ионосфере, окружающей авроральный овал, в интервале 04–07 ч мирового времени (UT), когда высокоширотная ионосфера оказывается на ночной (затененной) стороне.

Бадин В.И. «Резонансное УНЧ-поглощение по авроральным доплеровским радарным наблюдениям» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 219-226 (2019)

Анализируются доплеровские измерения скорости дрейфа электронов в авроральной ионосфере, полученные радаром STARE в слабовозмущенных условиях. Прежде всего, доплеровские измерения усредняются вдоль каждого радарного луча. Затем спектральная плотность мощности (СПМ) усредненного сигнала каждого луча вычисляется как функция частоты посредством дискретного преобразования Фурье. На всех лучах радара обнаружено глубокое ступенчатое падение (около 10 дБ) спектральной мощности в ультранизкочастотном (УНЧ) диапазоне. Это падение СПМ интерпретируется как резонансное УНЧ-поглощение, которое происходит в континууме собственных частот стоячих альвеновских волн, возбуждаемых на геомагнитных силовых линиях. Предложен вариационный анализ, моделирующий падение СПМ ступенчатым профилем средней спектральной мощности. Такой анализ обеспечивает аппроксимацию падения СПМ, вычисленного по экспериментальным данным, модельным ступенчатым профилем, построенным методом наименьших квадратов. Таким образом для каждого радарного луча определяется частота, на которой происходит ступенчатое падение средней СПМ, и эта частота интерпретируется как минимальная частота резонансного УНЧ-поглощения, найденная данным лучом в данном авроральном событии. После усреднения по всем лучам радара, эта частота для анализируемого события составила 4.9±0.2 мГц.

Кропоткина Е.П., Розанов С.Б., Лукин А.Н., Игнатьев А.Н., Соломонов С.В. «Особенности изменений содержания озона в верхней стратосфере над Москвой в холодные полугодия 2014–2015 и 2015–2016 гг .» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 227-235 (2019)

Представлены результаты наземных микроволновых измерений профилей стратосферного озона над Москвой в холодные полугодия 2014–2015 и 2015–2016 гг., рассмотрены причины наблюдавшихся изменений озона в верхней стратосфере. Зимой 2014–2015 гг. отмечались повышенная активность планетарных волн, большие перепады температуры в начале зимы и пониженные температуры с января по март. Полярный вихрь был неглубоким и долгоживущим, в феврале–марте холодный воздух вихря находился над Москвой. Это привело к сильной отрицательной корреляции измеренного содержания озона с температурой. Наибольшее содержание озона на уровне 2 мбар наблюдалось в середине марта. Напротив, в ноябре–декабре 2015 г. при меньшей активности планетарных волн возник интенсивный полярный вихрь, который был полностью разрушен мажорным финальным потеплением в начале марта 2016 г. Вариации озона в верхней стратосфере над Москвой в декабре 2015 г. и январе 2016 г. были связаны с чередованием воздушных масс вихря и областей вне вихря. В начале 2016 г. более высокие температуры (по сравнению с началом 2015 г.) привели к пониженному содержанию озона. Межгодовое различие содержания озона в первой половине марта превысило 40% от среднемесячного.

Сорокин В.М., Ященко А.К., Сурков В.В. «Генерация геомагнитных возмущений в ионосфере волной цунами» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 236-248 (2019)

Рассмотрен механизм генерации возмущения геомагнитного поля, сопровождающего распространение волны цунами. Источником возмущения являются электрические токи в морской среде и в ионосфере. Ток в морской среде возникает в результате ее движения в волне цунами, а ток в ионосфере возникает в результате падения на нее акустико-гравитационной волны, распространяющейся из атмосферы. Ее источником является вертикальное смещение поверхности морской среды во время распространения в ней волны цунами. Несмотря на то, что проводимость ионосферы значительно меньше проводимости морской среды, величина тока в ней может превышать величину тока в морской среде в результате экспоненциального роста амплитуды акустико-гравитационной волны в процессе ее распространения вверх. Получено пространственное распределение возмущения индукции магнитного поля электрических токов, протекающих в морской среде и в ионосфере с учетом их взаимной индукции. Показано, что генерация электрического тока в ионосфере значительно меняет характеристики возмущения геомагнитного поля, генерируемого волной цунами. Расчеты показали возможность космического мониторинга волн цунами с использованием спутников для регистрации возмущений геомагнитного поля.

Рыбнов Ю.С., Соловьев С.П. «Синхронные вариации атмосферного давления и электрического поля при прохождении солнечного терминатора» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 249-257 (2019)

Приводятся данные натурных наблюдений вариаций давления и напряженности электрического поля в приземном слое атмосферы при прохождении утреннего солнечного терминатора в различных регионах на территории РФ: на Камчатке, Кольском полуострове и Владимирской области. Анализ полученных данных показал, что при прохождении солнечного терминатора возникают синхронные вариации давления и напряженности электрического поля. Был выделен ряд событий, когда коэффициент взаимной корреляции вариаций давления и напряженности электрического поля в период прохождения солнечного терминатора превышал значение 0.9 с последующим уменьшением до фоновых значений ≈0.2–0.3.

Старченко С.В., Яковлева С.В. «Спектры энергии и мощности потенциального геомагнитного поля с 1840 г.» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 258-264 (2019)

Возможно, впервые определены и исследованы радиально-независимые пространственно-спектральные составляющие энергии и мощности потенциальной части Главного геомагнитного поля. Энергия получена интегрированием ее известной радиальной плотности от ядра Земли до бесконечности, а мощность – временная производная от энергии. На основе трех общепризнанных наблюдательных моделей геомагнитного поля проанализированы суммарные и спектральные вариации энергии и мощности с 1840 по 2020 гг. Суммарная энергия (∼6·10¹⁸ Дж) и мощность (∼10⁸ Вт) определяются суммой нечетных гармоник: диполь n=1, октуполь n=3 и т.д. Доминирует диполь, энергия которого близка ко всей энергии симметричного относительно оси вращения поля. Вариации энергий ∼10% и сходны для всех моделей за исключением “всплеска” IGRF модели в 1945–1950 гг. Сравнительный спектральный анализ показал, что “всплеск” сосредоточен в n=9 и 10, а вариации остальных гармоник сходны во всех моделях. При этом n=3 доминирует над n=2. С n=3 до 8 – убывание, а далее доминирование n=9 над 8 и 10. Близкие к нулю средние мощности при n>1 свидетельствуют о почти периодическом поведении недипольного поля, а существенные вариации мощности говорят о сильной нелинейности геодинамо. Результаты работы согласуется с современными геодинамо подобными моделями. Вызовом является столь значимый IGRF “всплеск”, который может иметь нелинейную геодинамо-природу. Альтернативно это может быть некоторым следствием несовершенства IGRF модели. Возможно и то, что две другие слишком “спокойные” модели были подвергнуты излишнему сглаживанию.

Куражковский А.Ю., Куражковская Н.А., Клайн Б.И. «Вариации напряженности геомагнитного поля с характерными временами ∼5 и 1 млн лет» Геомагнетизм и аэрономия, 59, № 2, с. 265-272 (2019)

Исследовано поведение палеонапряженности геомагнитного поля на интервале средняя юра–палеоген (167–20 млн лет). Обнаружено, что амплитуды вариаций палеонапряженности циклически изменялись. Сделаны оценки характерных времен этих изменений, которые составили ∼5 и 1 млн лет. Проведено сопоставление циклов, обнаруженных в поведении палеонапряженности, с циклами изменений уровня мирового океана. Показано, что характерные времена циклических изменений амплитуд вариаций палеонапряженности (∼5 и 1 млн лет) совпадают со средней длительностью циклов трансгрессии – регрессии (Т–Р циклы) второго и третьего порядка из геохронологической шкалы (Geologic Time Scale 2008 – GTS 08). Возрастания амплитуд вариаций палеонапряженности, в основном, происходили при регрессиях мирового океана. Одинаковые характерные времена и существование корреляционной связи между Т–Р циклами и изменениями палеонапряженности свидетельствует о том, что они являются отражением единого общепланетарного процесса.