Крайнев М.Б., Базилевская Г.А., Калинин М.С., Михайлов В.В., Свиржевская А.К., Свиржевский Н.С. «Пятьдесят лет исследования поведения интенсивности ГКЛ в периоды инверсии гелиосферного магнитного поля. I. Наблюдаемые эффекты» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 5_-20 (2023)

Впервые эффекты 22-летней цикличности солнечных магнитных полей в интенсивности галактических космических лучей (ГКЛ) были замечены группой ФИАН в 1973 г. и интерпретированы как проявления инверсии высокоширотного магнитного поля Солнца в свойствах гелиосферных магнитных полей. С тех пор эти эффекты исследуются уже в течение пятидесяти лет. Для периодов средней и низкой пятенной активности ситуация с гелиосферным магнитным полем (ГМП) понятна: гелиосфера состоит из двух униполярных «полушарий», разделенных волнистым глобальным гелиосферным токовым слоем и характеризующихся общей полярностью A (единичная величина со знаком радиальной компоненты поля в северном полушарии). Однако нет единого мнения, в чем заключается инверсия ГМП и какие явления в ГКЛ с ней связаны. В статье кратко формулируются общие представления о 22-летней цикличности в характеристиках Солнца, гелиосферы и ГКЛ и обсуждаются наблюдаемые эффекты в интенсивности ГКЛ, связываемые нами с инверсией ГМП. Модели этого явления, а также результаты расчетов интенсивности ГКЛ, использующих эти модели, будут обсуждаться в следующей статье.

Мешалкина Н.С., Алтынцев А.Т. «Яркие ультрафиолетовые узлы как возможные источники когерентного микроволнового излучения» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 21-29 (2023)

Особенностью события 6 сентября 2012 г. явилось то, что источники узкополосных (2–4 ГГц) субсекундных импульсов (ССИ) наблюдались в небольших областях вспышечных петель c так называемыми яркими ультрафиолетовыми узлами, которые характеризовались высокой плотностью плазмы до 10¹¹ см^–3. Временные профили жесткого рентгеновского излучения вспышки хотя и подобны микроволновым кривым блеска, но не имеют структур, соответствующих ССИ. Анализ микроволновых, рентгеновских и ультрафиолетовых данных показал, что наблюдаемые импульсы микроволнового излучения c узкой спектральной полосой имеют когерентную природу и генерируются электронами с энергиями нескольких десятков килоэлектронвольт в ярких узлах на частоте около удвоенной плазменной. Результаты наблюдений свидетельствуют, что появление ярких узлов связано с локальными процессами энерговыделения при взаимодействии вспышечных петель.

Григорьев В.М., Ермакова Л.В. «Активные долготы и структура крупномасштабного магнитного поля в минимуме солнечной активности» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 30-37 (2023)

По данным каталогов групп солнечных пятен RGO и USAF/NOAA рассмотрены глубокие минимумы 11-летних циклов солнечной активности 13–14, 14–15, 22–23, 23–24, 24–25. Все они имеют большое количество беспятенных дней. Несмотря на это, активные долготы как предпочтительные зоны, где возникают солнечные пятна, проявляются на этой стадии цикла. Анализ синоптических карт и отдельных ежедневных магнитограмм WSO (Wilcox Solar Observatory), отражающих структуру слабого крупномасштабного поля, обнаруживает неосесимметричную компоненту магнитного поля Солнца. В минимуме активности в структуре крупномасштабного магнитного поля наблюдаются вытянутые вдоль меридиана области положительной и отрицательной полярностей, пересекающие экватор. Наиболее заметные из них находятся в зоне активных долгот и часто связаны с полярными магнитными полями. Обсуждается возможная природа меридиональных структур крупномасштабного поля в период минимума активности. Возможно, это связано с гигантскими ячейками конвекции, имеющими структуру банановых ячеек.

Томозов В.М., Минасянц Г.С., Минасянц Т.М. «Солнечные вспышки с продолжительным гамма-излучением и характеристики потоков протонов высоких энергий» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 38-43 (2023)

Описаны характеристики потоков продолжительного гамма-излучения с энергиями квантов >100 МэВ, полученные по данным космического аппарата Fermi/LAT, на импульсной фазе наиболее энергичных вспышечных явлений. Проведено сравнение данных GOES о потоках протонов с энергиями более 500 МэВ с данными Fermi/LAT о потоках гамма-излучения за 2010–2018 гг. По результатам анализа данных о 32 гамма-вспышках из каталога Fermi/LAT было показано, что вспышечные явления можно отнести к трем различным типам: тип 1 – потоки гамма-излучения сопровождаются потоками энергичных протонов; тип 2 – гамма-излучение регистрируется при отсутствии возрастаний потоков протонов; тип 3 – во время возрастаний потоков энергичных протонов не регистрируются гамма-потоки. Отмечен всплесковый характер выделения энергии в жестком рентгеновском диапазоне у некоторых вспышек

Боровик А.В., Жданов А.А. «Динамика мелкомасштабных магнитных полей перед малыми и крупными солнечными вспышками» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 44-53 (2023)

По данным наблюдений SDO (Solar Dynamics Observatory) исследовалась динамика продольного магнитного поля активной области (АО) NOAA 12673. За время прохождения АО по диску Солнца пятна и фоновые поля в ней показывали сложные траектории движения, при этом наблюдалось образование многочисленных короткоживущих локальных мелкомасштабных линий раздела полярностей (ЛЛРП), которые формировались при появлении в АО новых магнитных потоков и их сближении с полями противоположной полярности. Протяженность таких ЛЛРП составляла менее 15000 км (∼20 угл. сек), время существования – несколько часов. Исследование вспышечной активности NOAA 12673 показало, что вспышки малой мощности (оптический класс S, площадь ∼2 кв. град) обычно происходят вблизи ЛЛРП. Перед малыми вспышками, а также перед крупной вспышкой 06.09.2017 (оптический балл 3В, рентгеновский класс Х9.3) на ограниченных участках локальных и главной ЛРП АО наблюдались сдвиговые напряжения магнитного поля и рост gradН: в области вспышек малой мощности – до значений 1.3–1.5 Гс/км, в области крупной вспышки – 3–3.5 Гс/км. Полученные результаты свидетельствуют о том, что перед малыми и крупными вспышками продольное магнитное поле ведет себя аналогичным образом.

Сетов А.Г., Кушнарев Д.С. «Корреляционный анализ абсолютных измерений солнечного потока на частотах 161 и 245 МГц» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 54-62 (2023)

Излучение Солнца в метровом диапазоне длин волн происходит из верхних слоев солнечной короны. В статье представлены абсолютные измерения солнечного потока, проводимые на Иркутском радаре некогерентного рассеяния (частота 161 МГц) и в обсерватории Learmonth (частота 245 МГц). Проведен корреляционный анализ данных с целью выявления взаимосвязей между солнечными потоками на разных частотах. Фоновое излучение спокойного Солнца оказалось в ожидаемых рамках. Рассмотрено поведение фоновой и медленно меняющейся компонент излучения в солнечном цикле. Сопоставление коэффициента корреляции Пирсона и рангового коэффициента корреляции Спирмана показало нелинейный характер зависимости между потоком в метровом диапазоне и индексом F10.7. Корреляция между измерениями солнечного потока на частотах 161 и 245 МГц оказалась ниже, чем корреляции с индексом F10.7. Анализ внутрисуточной корреляции и автокорреляции показал наличие суточного хода, вносящего погрешность в измерения.

Ермолаев Ю.И., Лодкина И.Г., Хохлачев А.А., Ермолаев М.Ю., Рязанцева М.О., Рахманова Л.С., Бородкова Н.Л., Сапунова О.В., Москалева А.В. «Параметры солнечного ветра на фазе роста 25-го солнечного цикла: сходства и различия с 23-м и 24-м солнечными циклами» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 63-70 (2023)

Солнечная активность и параметры солнечного ветра существенно снизились в 23–24-м солнечных циклах (СЦ) по сравнению с СЦ 21–22. В данной работе мы анализируем измерения солнечного ветра на фазе роста СЦ 25 и сравниваем их с аналогичными данными в предыдущих циклах. Для этого данные базы OMNI за 1976–2022 гг. были селектированы как по фазам 11-летних солнечных циклов, так и по крупномасштабным типам солнечного ветра (по каталогу [http://www.iki.rssi.ru/pub/omni]) и мы рассчитали средние значения параметров плазмы и магнитного поля для сформированных наборов данных. Полученные результаты свидетельствуют в пользу гипотезы о том, что продолжение этого цикла будет аналогично соответствующим фазам предыдущего цикла 24, т. е. СЦ 25 будет слабее, чем СЦ 21 и 22.

Дорофеев Д.А., Чернышов А.А., Чугунин Д.В., Могилевский М.М. «Основные статистические свойства излучения типа гектометровый континуум в околоземном пространстве» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 71-79 (2023)

Исследуется недавно обнаруженное гектометровое континуум-излучение в околоземной плазме. С использованием данных спутника ERG (Arase) проведен подробный статистический анализ возникновения гектометрового континуума вблизи Земли на расстояниях 1.1–2 радиуса Земли за двухлетний период. Установлена зависимость генерации гектометрового излучения от местного магнитного времени. Показано, что данный тип континуум-излучения возникает в основном в ночное и утреннее время. Исследована зависимость возникновения гектометрового излучения от геомагнитной активности, и продемонстрировано, что нет прямой зависимости возникновения гектометрового излучения от геомагнитных возмущений. Кроме того, статистический анализ позволил выявить локализацию источника (источников) такого типа радиоизлучения в околоземном пространстве и показать, что источник (источники) гектометрового континуум-излучения расположен на низких широтах

Якимчук А.И., Рубцов А.В., Климушкин Д.Ю. «Распределение поляризации поперечных УНЧ-волн по данным Van Allen Probe A: существуют ли раздельно тороидальные и полоидальные волны в магнитосфере?» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 80-85 (2023)

Ультранизкочастотные (УНЧ) волны играют важную роль в переносе энергии внутри магнитосферы Земли за счет активного взаимодействия с окружающей плазмой. Предыдущие работы предполагали, что эти волны строго делятся по поляризации на тороидальные, когда магнитное поле осциллирует в азимутальном направлении, и полоидальные, когда оно осциллирует в радиальном направлении. Было определено, что первые являются азимутально-крупномасштабными и возбуждаются внешними источниками, а вторые – мелкомасштабными и генерируются внутренними неустойчивостями плазмы. Последние наблюдения показывают, что часто встречаются волны смешанной поляризации, однако природа этого смешения пока не объяснялась. В данной работе мы провели статистическое исследование и показали, что поляризация поперечных волн имеет нормальное распределение, а максимум соответствует колебаниям тороидальной и полоидальной составляющих с одинаковой амплитудой. Пространственные распределения тороидальных и полоидальных волн хотя и различаются заметно, но это различие приводит лишь к небольшому смещению положения максимума распределения. Этот результат показывает, что для сопоставления теории с наблюдениями УНЧ-волн необходимо учитывать процессы изменения поляризации, которые могут повлиять на взаимодействие волн с заряженными частицами магнитосферы

Баишев Д.Г., Макаров Г.А. «Изолированные суббури по данным магнитных измерений в Тикси в период минимальной солнечной активности» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 86-90 (2023)

Составлен каталог изолированных суббурь в 2016–2020 гг. на основе данных ст. Тикси о Н-компоненте геомагнитного поля. По данным каталога получено, что в этот период изменения числа суббурь и числа солнечных пятен хорошо аппроксимируются квадратичными функциями с минимумами в конце 2017 г. и в середине 2019 г. соответственно; в течение года возмущения чаще наблюдались в периоды солнцестояний; в течение суток суббури чаще возникали в полуночные часы по местному времени. Интенсивность и продолжительности суббуревых возмущений и их фазы развития не проявляют заметной зависимости от времени появления, однако по средним в часовых диапазонах значениям этих параметров обнаружено, что интенсивность минимальна около 0–3 MLT и что в полуночном секторе продолжительности возмущений и их фазы развития короче, чем в утреннем секторе. В сравнении с данными, полученными по среднеширотным станциям (Chu X., McPherron R.L., Hsu T.-S., Angelopoulos V. Solar cycle dependence of substorm occurrence and duration: Implications for onset. J. Geophys. Res. 2015. Vol. 120. P. 2808-2818. DOI: 10.1002/2015JA021104), средние продолжительности суббурь и их фазы развития больше.

Куркин В.И., Ильин Н.В., Пензин М.С., Пономарчук С.Н., Хахинов В.В. «Моделирование КВ-радиоканала на основе волноводного подхода» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 91-103 (2023)

Изложен модифицированный метод моделирования КВ-радиоканала на основе волноводного подхода, в рамках которого электромагнитное поле излучения внутри волновода Земля–ионосфера представляется в виде ряда по собственным функциям радиальной краевой задачи с импедансными условиями на земной поверхности и условиями излучения на бесконечности. Приведено представление передаточной функции радиоканала в виде ряда произведений функций Грина углового оператора, коэффициентов возбуждения, коэффициентов приема отдельных нормальных волн. Получено решение краевой задачи определения собственных функций и собственных значений радиального оператора, применимое для частотного диапазона ниже критической частоты F-слоя ионосферы. Рассмотрены алгоритмы расчета дистанционно-частотных, частотноугловых и амплитудных характеристик сигналов на основе анализа и численного суммирования ряда с учетом сильно затухающих нормальных волн.

Козлов С.И., Ляхов А.Н. «Расчеты фотоотлипания электронов от О^– и О^–₂ в области D ионосферы в зависимости от высоты, зенитного угла и активности Солнца» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 104-107 (2023)

Представлены результаты расчетов коэффициентов фотоотлипания электронов от ионов О^– и О^–₂ в области D ионосферы, основанные на последних измерениях сечений фотоотлипания. Расчеты выполнены для стандартной атмосферы с помощью программного кода TUV (Terrestrial UltraViolet). Получены зависимости коэффициентов фотоотлипания от высоты и зенитного угла Солнца. Нелинейный характер этих зависимостей приведет к аналогичному изменению роли процессов фотоотлипания в зависимости от высоты и солнечного зенитного угла в сравнении с другими процессами в средней атмосфере и нижней ионосфере, в особенности в сумеречных условиях. Вычисления с использованием экспериментальных спектров солнечного излучения за 2011–2020 гг., проведенные для дней зимнего и летнего солнцестояний и весеннего и осеннего равноденствий, не показали количественно значимого различия коэффициентов фотоотлипания от отрицательных ионов О^– и О^–₂ в области D ионосферы.

Черниговская М.А., Ясюкевич А.С., Хабитуев Д.С. «Долготная изменчивость ионосферы Северного полушария по данным ионозондов и GPS/ГЛОНАСС» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 108_-120 (2023)

Комплексное исследование пространственно-временных вариаций геомагнитных, ионосферных и атмосферных параметров в области средних и высоких широт Cеверного полушария в период серии магнитных бурь в марте 2012 г. расширено включением в анализ данных вертикального полного электронного содержания (ПЭС) по измерениям на цепях двухчастотных фазовых приемников GPS/ГЛОНАСС. Установленные ранее по данным вертикального зондирования особенности долготных вариаций ионизации ионосферы над средними широтами Евразии подтверждены данными вертикального ПЭС. Подчеркнута сложная физика длительного магнитовозмущенного периода в марте 2012 г. с переключением между положительным и отрицательным эффектами ионосферной бури на одинаковых фазах магнитной бури для пространственно разнесенных среднеширотных областей восточного полушария. Такие смены эффектов ионосферной бури могли быть связаны с суперпозицией в регионе средних широт восточного полушария конкурирующих процессов из-за изменений состава термосферы, термосферных ветров и крупномасштабных электрических полей, влияющих на ионизацию ионосферы. Отмечены существенные различия в характере реакции ионизации ионосферы восточного и западного полушария на продолжительное геомагнитное возмущение в марте 2012 г. По данным ПЭС на долготах западного полушария в противоположность восточному наблюдался эффект пониженной ионизации ионосферы. Эффект отрицательной ионосферной бури был вызван образованием обширных областей атмосферного газа с пониженным отношением концентраций [O]/[N₂] над регионом средних широт западного полушария в зоне максимального проникновения геомагнитных возмущений из высоких широт на средние. По данным цепей магнитометров сети INTERMAGNET для анализируемого периода магнитных бурь 7–20 марта 2012 г. в регионе средних широт Северного полушария максимальные вариации геомагнитного поля наблюдались именно в западном полушарии

Белов И.О., Соловьев А.А., Пилипенко В.А., Добровольский М.Н., Богоутдинов Ш.Р., Калинкин К.Д. «Онлайн-система для анализа токов в верхней ионосфере по данным спутников Swarm» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 121_-133 (2023)

Описана онлайн-система TeslaSwarm (http://aleph.gcras.ru/teslaswarm) для визуализации продольных токов в верхней ионосфере по данным низкоорбитальных спутников Swarm. Система дает исследователям простой и удобный инструмент для отбора событий и детального анализа токов и электромагнитных полей в верхней ионосфере. Пользователю предоставляется возможность отбора пролетов спутников над заданным регионом, визуализации структуры геомагнитного поля и токов вдоль силовых линий, сопоставления картины продольных токов с картой высыпания авроральных частиц по модели OVATION-Prime и сохранения выбранных параметров в файле в текстовом формате. Показаны преимущества разработанной системы по сравнению с зарубежными аналогами. На практике сбор и подготовка исходных данных для экспериментов составляет примерно 80% всей работы с данными. Использование предложенной онлайн-системы в значительной степени избавляет пользователя от наиболее трудоемкой работы по выбору интересующих сегментов пролета спутника и расчету характеристик по исходным измерениям.

Мордвинов В.И., Девятова Е.В., Томозов В.М. «Влияние магнитного поля и конфигурации среднего течения на пространственную структуруи скорость роста нормальных мод» Солнечно-земная физика, 9, № 4, с. 134_-146 (2023)

В первой части работы представлены результаты численных экспериментов с магнитогидродинамической моделью «мелкой воды» для оценки степени влияния магнитного поля на развитие неустойчивостей, обусловленных комбинацией неоднородностей среднего потока и среднего магнитного поля. Расчеты нормальных мод подтвердили полученный ранее при численном моделировании результат о различном влиянии слабого и сильного магнитных полей на неустойчивость дифференциального вращения. Расчеты показали, что слабое магнитное поле стабилизирует развитие неустойчивостей, сильное усиливает ее. Азимутальные неоднородности дифференциального вращения во всех случаях способствуют развитию неустойчивостей. Во второй части работы рассматривается пространственная структура нормальных мод, делается попытка интерпретации крутильных колебаний, наблюдаемых в атмосферах Земли и Солнца. Как показали расчеты, причиной возникновения регулярных осесимметричных возмущений может быть формирование циклонического вихря над полюсом, характерное для земной атмосферы, и, возможно, для атмосферы Солнца. Форму крутильных колебаний имеет наименее затухающая нормальная мода устойчивого полярного циклона. Аномалии течения, усиление в зимний период антициклонического вихря в умеренных широтах разрушают осесимметричные колебания и приводят к быстрому росту нормальных мод, имеющих в своем спектре сферические гармоники с более высокими степенями и зональными волновыми числами