Погребной Валентин Николаевич . Тонкая структура спокойных солнечно-суточных геомагнитных вариаций и физические модели их источников

Этот текст доступен на русском языке For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Рубрики: Физико-математические науки – Физика атмосферы и гидросферы

Описание:

Изучение вариаций магнитного поля Земли и его закономерностей представляет большой научный и практический интерес: уточняет сведения о магнитном поле Земли как природном явлении, даёт возможность судить о различных динамических процессах, происходящих в атмосфере, ионосфере и околоземном космическом пространстве. К настоя-щему времени выделен широкий спектр геомагнитных вариаций, а именно: медленные (циклические, продолжительностью 11 лет), спокойные периоди-ческие (годовые — 1 год, полугодовые — 0.5 года, солнечно-суточные — 24 часа, лунно-суточные –24 часа 50 мин), возмущенные (апериодические 10 — 100 часов, солнечно-суточные – 24 часа, бухтообразные 1-3 часа, иррегулярные 0.1-60 мин), короткопериодные (устойчивые ¬0.2-600 с). Каждая из перечис-ленных групп вариаций составляет крупные разделы космической физики, изучающей, в частности, электродинамические процессы в ионосфере и магнитосфере. Особое место уделяется периодическим спокойным солнечно-суточным вариациям (обозначается Sq, где S-солнечные, q-спокойные), кото-рые являются основанием для выделения спокойных в магнитном отношении периодов, для расчета электрических полей и токов в спокойной ионосфере и магнитосфере Земли и для корректного выделения магнитных возмущений.
Суточные вариации являются наиболее устойчивыми из всего спектра геомагнитных вариаций и изучены основательно многими исследователями. Однако тонкости в морфологии и их физические источники не выяснены до конца. Особое внимание обращается на выделение спокойных в магнитном отношении периодов. Выдающиеся геофизики Чепмен С. и Акасофу С. в своем фундаментальном труде “Солнечно-земная физика” 1 подчеркивали следую-щее: “Одна из основных задач, стоящих перед учеными, — это понять
сущность основных процессов, связанных с взаимодействием солнечного ветра с магнитосферой Земли в спокойные периоды”.
Выделение действительно спокойных периодов остается до сих пор далеко не решенной проблемой. Известно, что основным регулярным полем переменного магнитного поля Земли являются спокойные солнечно-суточные вариации. Но регулярные солнечно-суточные вариации в большинстве случаев осложнены магнитными возмущениями, которые проявляются в одних случаях плавно, в других — с резкими колебаниями периодов, амплитуд и фаз. В общем случае суточные вариации состоят из суммы двух частей: спокойных вариаций (Sq-вариации) и иррегулярных вариаций (Si-вариации). И основная задача состоит в том, чтобы разделить наблюдаемую суточную вариацию на части Sq и Si.
Прежде всего необходимо определиться с выбором нулевого уровня отсчета. В этом принципиально важном вопросе среди исследователей нет единого мнения. Существуют три варианта: первый – отсчет от среднесу-точного значения; второй – отсчет от околополуночных значений; третий – отсчет от значения поля в 20h LT. Проблема состоит в выборе правильного, с физической точки зрения, нулевого уровня отсчета, поэтому ее решение подробно рассмотрено в диссертационной работе.
До недавнего времени существовало мнение, что отделить невозмущен-ную часть вариаций от возмущенной возможно лишь методами статистической обработки. Известны среднемесячные суточные Sq-вариации по 5-ти между-народным спокойным дням месяца, среднемесячные Sq-вариации по всем дням месяца, средние суточные Sq-вариации по сезонам года (летние, весенне-осенние, зимние), средние за год, средние за несколько лет.
Однако выяснилось, что осреднение за короткий промежуток времени не исключает поля возмущения полностью. Требуется осреднение данных за 20-30 и более лет. В этом случае вариации случайного характера Si компенси-руются и среднее значение Sq свободно от каких-либо других вариаций, имею-
щих другие периоды. В результате таких расчетов получают суточные вариации, состоящие только из Sq для каждой рассматриваемой магнитной обсерватории. Они отличаются друг от друга своими характерными особенностями как по форме, так и по интенсивности в зависимости от широт-ной зоны (полярная шапка, зона полярных сияний, среднеширотная, низкоши-ротная, экваториальная).
Суточные Sq-вариации, выделенные таким способом, всегда рассматривались исследователями как статистические, а не реально существующие, но для корректного выделения магнитных возмущений за какой-либо конкретный день необходимо знать суточные Sq-вариации именно за этот день. Способы разделения вариаций на Sq- и Si- компоненты за отдельные конкретные дни до сих пор не разработаны. В данной работе вопрос о способах разделения вариаций на части по источникам рассмотрен доста-точно подробно.
Поиск достоверно спокойных дней важен еще и потому, что, принимая численные значения параметров солнечного ветра и ММП (межпланетное магнитное поле) в спокойные дни, можно выяснить, какие изменения в пара-метрах солнечного ветра и ММП приводят к возбуждению магнитных возму-щений. Это даст возможность лучше понять процессы взаимодействия солнеч-ного ветра и ММП с магнитосферой Земли. В диссертационной работе одна из задач предусматривает выполнение, во-первых, расчетов среднестатистических (за много лет) суточных вариаций по обсерваториям мировой сети (95 обсерва-торий) и, во-вторых, сопоставление их с наблюденными суточными вариация-ми за конкретные даты с целью выявления эталонных спокойных дней.
До сих пор не рассмотрен вопрос относительно сохранения или видоиз-менения структуры поля Sq-вариаций во время проявления магнитных возму-щений. Решение этой задачи важно с точки зрения взаимосвязи между магни-тосферными и ионосферными процессами.
Тонкая структура Sq-вариаций четко проявляется в низких широтах, в области протекания особой токовой системы — экваториальной электроструи. С экваториальной электроструёй связаны многочисленные геофизические явления, для правильной интерпретации которых вопрос о её происхождении имеет первостепенное значение. В решении этого вопроса пока нет единого мнения. Одни исследователи считают, что экваториальная электроструя – это ток, возникающий обособленно от среднеширотных Sq-токовых систем. Другие, наоборот, высказывают мнение, что экваториальная электроструя вызвана сгущением токовых линий среднеширотных Sq-токов. Для однознач-ного решения этой проблемы нами исследованы свойства экваториальной электроструи с разных позиций: по наземным магнитным наблюдениям, по данным исследования экваториальной ионосферы при помощи ракетной и спутниковой съемок, электрического моделирования условий возникновения экваториальной электроструи, что позволило выяснить отношение эквато-риальной электроструи к планетарной Sq-токовой системе.
Приведенный перечень нерешенных вопросов в отношении тонкой структуры спокойных солнечно-суточных вариаций говорит о необходимости их исследования — это даст не только дополнительную информацию о структуре переменного магнитного поля Земли как о природном явлении, но и будет иметь практическое применение в смежных областях: метеорологии, физике ионосферы, солнечно-земных связей, производстве магнитовариационного зондирования Земли.

Бөлүшүү

Комментарий калтыруу

Сиздин email көрсөтүлбөйт. Милдеттүү талаа *