Cтраница 3
Действительно, если, как это обычно предполагается [58, 141], пульсации типа Pi 2 соответствуют собственным колебаниям силовых линий геомагнитного поля, возбуждаемым импульсным источником, то длительноеib цуга Pi 2 определяется ( наряду с другими параметрами) сопротивлением магнито-сферной плазмы. Интенсивные продольные токи в магнитосфере, связанные с развитием суббури, сопровождаются турбулизацией плазмы, появлением коллективных столкновений частиц с волнами и аномального сопротивления. С учетом этого в работе [15] была проанализирована зависимость декремента затухания пульсаций от максимальной величины бухты 6Ятах на фоне которой наблюдались эти коротко-периодические пульсации. Основной результат, полученный в этой работе, подтвержденный и уточненный на достаточно большом статистическом материале в работах Гудковой [48] и Гудковой, Барсукова и др. [49], состоит в следующем. На рис. 4.22, суммирующем результаты работ [15, 48, 49], изображена зависимость отношения декремента затухания к частоте ( 7 / о. Здесь Т - период пульсаций Pi2, составляющий 40 - 200 с, т 1 / 7 - время, за которое амплитуда пульсаций Pi2 уменьшается в е раз. [31]
Человеку не слишком хорошо знакомому с понятиями магнитной бури и магнитосферной суббури может показаться странным, что второе явление привлекает намного большее внимание исследователей, чем первое. Приставка суб в слове суббуря, казалось бы, подразумевает, что суббуря - явление намного менее важное, чем буря, но, на самом деле это не так. Несмотря на свое название, магнитосферная суббуря может возникнуть даже тогда, когда нет никакого признака магнитной бури. Суббуря - это возмущение, возникающее вследствие инжекции энергии в магнитосферу, которое вызвано поворотом вектора межпланетного магнитного поля в южном направлении. Длительность типичной суббури приблизительно час, и результирующее магнитное возмущение концентрируется в основном в авроральной зоне и около нее. По этой причине суббурю часто называют авроральной или полярной суббурей. [32]
Таким образом, открытая модель магнитосферы, основанная на предположении о пересоединении силовых линий магнитосферного и межпланетного магнитных полей, качественно описывает процесс взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой достаточно правдоподобно. Однако, для того чтобы судить о том, насколько хорошо эта модель описывает развитие суббури с количественной точки зрения, необходимо выяснить, какие именно параметры электромагнитного поля и течения плазмы и с какой степенью уверенности предсказываются этой моделью. В частности, для количественного описания процессов развития суббури необходимо знать хотя бы размеры области существования электрического поля в магнитосфере и ионосфере Земли и интенсивность последнего. В связи с этим рассмотрим подробнее процесс пересоединения силовых линий магнитного поля и выясним параметры плазмы и ее движения, определяющие скорость этого пересоединения. [33]
Изменения солнечного ветра постоянно влияют на характеристики магнитосферы и потоки заряженных частиц. В определенных ситуациях возникают специфические магнитосферные возмущения длительностью 1 - 2 часа, получившие название маг-нитосферной суббури. Накладываясь во времени, магнитосферные суббури приводят к возникновению магнитной бури. Эта энергия выделяется в виде джоулева тепла ионосферных токов ( питаемых продольными токами из магнитосферы), вторжений в верхнюю атмосферу потоков. При этом возникают интенсивные полярные сияния. Основное энерговыделение 10 - 2 - 10 - 3 Вт м - 2 происходит вдоль аврорального овала на высотах полярных сияний 100 - 200 км. Вдоль аврорального овала наблюдаются яркие полярные сияния, и в ионосфере текут наиболее интенсивные токи. [34]
Области дневных полярных каспов на высотах Е и F областей ионосферы обычно идентифицируются с областями наблюдений высыйания мягких электронов и протонов на дневной стороне высокоширотной ионосферы и достаточно интенсивных продольных токов. Эти измерения, а также измерения на OGO-5 [270] в области дневных полярных каспов во время суббури дают возможность считать, что, действительно, коллективные соударения и аномальное сопротивление являются необходимым элементом в таком глобально важном процессе, как проникновение энергии и частиц солнечного ветра в магнитосферу в области дневных полярных каспов. [35]
Уравнение (3.36) дополняется уравнением индукции (3.30), уравнением непрерывности (3.31) и одной из форм уравнения энергии. Такая неустойчивость может, например, возникать во время солнечной или звездной вспышки или же во время геомагнитной суббури. Они обнаружили, что при достаточно малых значениях / 3 ( плазменная бета на больших расстояниях) и малой начальной толщине слоя могут образоваться потоки со скоростью в несколько раз больше локальной скорости быстрой моды. [36]
Последующие вариации величины 70тн оказываются значительно. Судя по приведенным на рис. 4.25 данным, на этой стадии развития бури в ходе 7 ( 0 можно выделить две ветви: 1) ниспадающую, соответствующую затуханию турбулентности в магнитосферной плазме, согласно результатам работ [48, 55]; 2) верхнюю, соответствующую сохранению предельной величины 70тн - Появление последней ветви объясняется скорее всего воздействием дополнительных вспышек сияний ( вторичных), характерных для фазы развития авроральной суббури. Верхняя ветвь имеет определенный физический смысл: постоянство 7отн после взрывной фазы указывает, по-видимому, на то, что степень турбулентности магнитосферной плазмы в момент взрывной фазы достигает не просто какой-то большой, но некоторой предельной величины, характерной для плазмы с параметрами, соответствующими той или иной индивидуальной буре. [37]
Изменения солнечного ветра постоянно влияют на характеристики магнитосферы и потоки заряженных частиц. В определенных ситуациях возникают специфические магнитосферные возмущения длительностью 1 - 2 часа, получившие название маг-нитосферной суббури. Накладываясь во времени, магнитосферные суббури приводят к возникновению магнитной бури. Эта энергия выделяется в виде джоулева тепла ионосферных токов ( питаемых продольными токами из магнитосферы), вторжений в верхнюю атмосферу потоков. При этом возникают интенсивные полярные сияния. Основное энерговыделение 10 - 2 - 10 - 3 Вт м - 2 происходит вдоль аврорального овала на высотах полярных сияний 100 - 200 км. Вдоль аврорального овала наблюдаются яркие полярные сияния, и в ионосфере текут наиболее интенсивные токи. [38]
В качестве альтернативы модели токовой неустойчивости в работах ( Schindler and Birn, 1993; Wiegelman and Schindler, 1995) была предложена модель, в которой триггером суббури является образование тонкого токового слоя около внутреннего края плазменного слоя. Используя простую модель хвоста, было показано, что медленное возрастание поля в долях хвоста ( lobe field) может привести к динамическому коллапсу широкого токового слоя в тонкий слой, толщина которого порядка длины диссипации. Таким образом, инициация суббури скорее соответствует началу динамического процесса утончения, чем образованию околоземной Х - линии. Как только коллапс токового слоя почти завершен, появляется околоземная Х - линия и поддерживается выделение энергии, начатое при коллапсе. [39]
Человеку не слишком хорошо знакомому с понятиями магнитной бури и магнитосферной суббури может показаться странным, что второе явление привлекает намного большее внимание исследователей, чем первое. Приставка суб в слове суббуря, казалось бы, подразумевает, что суббуря - явление намного менее важное, чем буря, но, на самом деле это не так. Несмотря на свое название, магнитосферная суббуря может возникнуть даже тогда, когда нет никакого признака магнитной бури. Суббуря - это возмущение, возникающее вследствие инжекции энергии в магнитосферу, которое вызвано поворотом вектора межпланетного магнитного поля в южном направлении. Длительность типичной суббури приблизительно час, и результирующее магнитное возмущение концентрируется в основном в авроральной зоне и около нее. По этой причине суббурю часто называют авроральной или полярной суббурей. [40]
Таким образом, открытая модель магнитосферы, основанная на предположении о пересоединении силовых линий магнитосферного и межпланетного магнитных полей, качественно описывает процесс взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой достаточно правдоподобно. Однако, для того чтобы судить о том, насколько хорошо эта модель описывает развитие суббури с количественной точки зрения, необходимо выяснить, какие именно параметры электромагнитного поля и течения плазмы и с какой степенью уверенности предсказываются этой моделью. В частности, для количественного описания процессов развития суббури необходимо знать хотя бы размеры области существования электрического поля в магнитосфере и ионосфере Земли и интенсивность последнего. В связи с этим рассмотрим подробнее процесс пересоединения силовых линий магнитного поля и выясним параметры плазмы и ее движения, определяющие скорость этого пересоединения. [41]
Когда идеально проводящая плазма движется в магнитном поле, возможно возникновение нейтральных токочых слоев, разделяющих области с антипараллельными магнитными полями. При конечной проводимости 1 плазмы происходит разрыв токового слоя и перезамыкание магнитных силовых линий, которое может сопровождаться динамической диссипацией и резким изменением топологии магнитного поля, превращением энергии магнитного поля в другие виды энергии ( направленного движения и тепловую) и выбросом частиц из области пересоединения. Согласно современным представлениям, именно такие процессы играют определяющую роль в солнечных вспышках, суббурях в магнитосфере Земли, внутренних срывах и релаксационных колебаниях в термоядерных устройствах, при формировании замкнутых плазменных конфигураций ( компактных тороидов) в системах с обращенным магнитным полем. [42]
Во время суббурь в магнитосфере генерируются продольные токи суммарной интенсивностью ( 1 - 2) - 106 А, текущие ндоль магн. Токи электроструй растекаются по ионосфере в приполюсную область и в субавроральные и даже средние широты. Вариации маги, поля на поверхности Земли от таких токов в средних широтах имеют вид бухт ( отрезка изрезанной береговой линии) продолжительностью 1 - 2 ч ( продолжительность суббури) и интенсивностью 30 - 300 пТл в максимуме. [43]
Они существуют как в спокойные, так и в возмущенные периоды. КПК есть следствие разл. Периоды продолжительных достаточно гармонических колебаний ( Рг) определяются как параметрами межпланетной среды, так и резонансными свойствами магнитосферы, иррегулярные пульсации ( / -) являются характерным признаком начала суббури. [44]
Достаточно сильные токи могут вызвать бунемановскую, или ионно-звуковую, неустойчивость, ведущую к аномальному сопротивлению плазмы и к турбулентному нагреву электронов до киловольтных энергий. Поток таких горячих электронов, получивших энергию при турбулентном нагреве, способен вызвать полярные сияния и сопровождающее их ионосферное поглощение. Развивая свою теорию, Свифт основывался на экспериментальных данных О Б раина [394], согласно которым авроральные электроны ускорятся в магнитосфере во время каждого высыпания, а не вносятся из соответствующей ловушки, поскольку не наблюдалось видимого обеднения электронов с энергией порядка 40 кэВ в радиационных поясах во время высыпания, и на результатах Фримена [271], показавших, что поток захваченных электронов с энергией 40 кэВ даже усиливается во время суббури. [45]