1ТРОШИЧЕВ О.А.
РС индекс - долгая история становления и международного признания
O. TROSHICHEV
РС index - a long history of formation and international recognition
Сведения об авторе:
Трошичев Олег Александрович, главный научный сотрудник - руководитель научного направления, Лаборатория магнитосферных исследований Арктического и антарктического научно-исследовательского института (Санкт-Петербург) olegtro@aari.ru
Author:
Oleg Aleksandrovich Troshichev, Chief Researcher - Head of the Scientific direction, Laboratory of Magnetospheric Research of the Arctic and Antarctic Research Institute (St. Petersburg) olegtro@aari.ru
Аннотация
В статье рассказывается о том, как индекс магнитной активности в полярной шапке (РС индекс), разработанный в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте, получил международное признание и был одобрен Международной ассоциацией геомагнетизма и аэрономии.
Abstract
The article describes how the index of magnetic activity in the Polar Сap (РС index), developed at the Arctic and Antarctic Research Institute, received international recognition and was approved by the International Association of Geomagnetism and Aer-onomy.
Ключевые слова:
PC индекс, полярная шапка, Международная ассоциация геомагнетизма и аэрономии, Датский метеорологический институт, Арктический и антарктический научно-исследовательский институт.
Keywords:
PC index, Polar Cap, International Association of Geomagnetism and Aeronomy, Danish Meteorological Institute, Arctic and Antarctic Research Institute.
Введение
Индекс магнитной активности в полярной шапке (РС индекс) был разработан в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте (ААНИИ) ещё в 80-х гг. прошлого века, но потребовалось почти 30 лет на то, чтобы он получил международное признание и был одобрен Международной ассоциацией геомагнетизма и аэрономии (МАГА). Напомним, что полярной шапкой (Polar Cap) называется область, расположенная между геомагнитным полюсом и авроральной зоной, а ав-роральная зона - это полоса геомагнитных широт Ф= 60-70°, где регулярно наблюдаются полярные сияния (aurora) и происходят самые мощные на Земле кратковременные изменения геомагнитного поля - полярные магнитные возмущения, или суббури (Polar Disturbances - DP). Магнитные суббури оказывают сильнейшее воздействие на все технические аспекты жизнедеятельности человека в полярных регионах Земли (проблемы телекоммуникации и систем связи, нештатное функционирование радионавигационных и радиолокационных систем, выход из строя силового и электронного оборудования, нарушения в работе энергетических систем и трубопроводов), а также и на здоровье человека (рис. 1). Поэтому закономерности развития магнитных суббурь и сопутствующих им явлений тщательно изучаются уже на протяжении столетия.
Как показали исследования, выполненные в ААНИИ1, магнитная активность в полярной шапке тесно связана с вариациями параметров «солнечного ветра», воздействующего на магнитосферу, а увеличение этой активности предшествует развитию суббурь. В результате дальнейших исследований, выполненных совместно с учёными Датского метеорологического института (ДМИ, Копенгаген), был предложен индекс магнитной активности в полярной шапке PC. Для официального признания РС индекса требовалось одобрение Международной ассоциации геомагнетизма и аэрономии (IAGA - International Association of Geomagnetism and Aeronomy). Обязательным условием такого одобрения является
Troshichev O.A., Andrezen V.G. (1985) The relationship between interplanetary quantities and magnetic activity in the southern polar cap. Planet Space Sci 33: 415. Troshichev O.A., Andrezen V.G., Vennerstr0m S., Friis-Christensen E. (1988) Magnetic activity in the Polar Cap - A new index. Planet Space Sci 36: 1095.
Электростатические разряды на спутниках
Ионосферные токи
Искажение радиоволн
Повреждение солнечных Л батарей
Солнечная радиация и радиационные поясы
космонавтов
4 Ге^ожение спутников
• Возмущений Ионосферы -М ^
Сцинтилляции
сигнала Радиационная угроза^ для авиации
Наводки е электросетях
£ ^ т г л 7
а
Рис. 1. Негативные эффекты воздействия космической погоды
наличие единственного, принятого всеми заинтересованными сторонами и неизменяемого в будущем, метода определения индекса. Поскольку между методиками, применявшимися для расчёта «южного» РС8 индекса в ААНИИ и «северного» РСЫ индекса в ДМИ, имелись некоторые различия, был разработан «унифицированный метод» определения РСЫ и РС8 индексов. Попытки получить официальное одобрение этого метода и соответствующего РС индекса привели к неожиданному результату: некоторые «учёные специалисты», оказавшиеся причастными к процедуре рассмотрения РС индекса, по-видимому, настолько вдохновились перспективностью нового индекса, что стали продвигать свои собственные разработки и дискредитировать «унифицированный метод». Далее описывается долгая история борьбы за признание РС индекса, разработанного в ААНИИ.
Физические основы РС индекса
Процессы, происходящие в ядре Земли, генерируют геомагнитное поле, которое, подобно гигантскому магнитному диполю, распространяется в окружающее космическое пространство и защищает Землю от облучающего воздействия заряженных солнечных частиц - электронов и протонов. Потоки плазмы, извергаемой всей поверхностью Солнца
(«солнечный ветер»), движутся со скоростью от 200 км/с до > 700 км/с и заполняют всё окружающее космическое пространство («гелиосфе-ру»). Под воздействием солнечного ветра дипольное магнитное поле Земли сжимается на подсолнечной стороне до ~ 6-10 RE (земных радиусов) и вытягивается, подобно хвосту кометы, на антисолнечной стороне до расстояний >100 RE. Как результат в солнечном ветре образуется полость («магнитосфера»), в которой физические процессы контролируются геомагнитным полем (рис. 2).
Эффективность воздействия солнечного ветра на магнитосферу определяется скоростью потоков солнечной плазмы и магнитным полем Солнца, включённым в эту плазму (его обычно называют межпланетным магнитным полем - ММП). Наиболее геоэффективными являются потоки солнечной плазмы, связанные с активными областями на Солнце; их отличает высокая скорость солнечного ветра VSW и южная, противоположная геомагнитному полю полярность вертикальной BZ компоненты ММП. Совокупность таких условий («возмущённый солнечный ветер») определяет максимальное воздействие потоков солнечной плазмы на магнитосферу - «неблагоприятную космическую погоду», при которой на Земле происходят магнитные возмущения (магнитные бури и суббури). При северной BZN компоненте ММП и низкой скорости VSW («спокойный солнечный ветер») на Земле наблюдается «магнитное спокойствие».
Влияние солнечного ветра на геомагнитное поле осуществляется через посредство электрических полей и токов, генерируемых в магнитосфере и ионосфере. Мировые магнитные бури обусловливаются мощными западными токами, текущими вокруг Земли на удалении 3-6 RE. Такие токи вызывают уменьшение H-компоненты геомагнитного поля в средних и низких широтах на величину от 50 до 400 нТ (Dst вариация). Магнитные бури могут длиться от нескольких часов до нескольких суток.
Интенсивность магнитных суббурь (DP1 возмущения) может превышать 1000 nT, но они появляются только в ограниченной полосе геомагнитных широт (авроральной зоне), куда во время суббурь вторгаются интенсивные потоки заряженных (авроральных) частиц. Визуальным проявлением вторжений являются активные формы полярных сияний, поэтому магнитные суббури называют также авроральными суббурями. Вторжение авроральных частиц вызывает взрывное увеличение проводимости ионосферы в авроральной зоне и развитие мощных токов (элек-троджетов), генерирующих магнитные возмущения на земной поверхности1 (рис. 3а). Мощность DP1 возмущений определяется максимальной
Akasofu S.-I. (1968) Polar and magnetic substorms. Dordrecht, Holland.
Рис. 2. Схематическое (немасштабное) изображение Солнца и земной магнитосферы (радиус Земли - 6371 км, расстояние от Земли до Солнца ~ 150 млн км)
величиной отклонения горизонтальных Н и Б компонент геомагнитного поля от спокойного уровня и оценивается индексами магнитной активности ЛЬ/ЛБ.
В полярных шапках северного и южного полушарий всегда наблюдаются слабые (по сравнению с суббурями в авроральной зоне) магнитные возмущения, характер которых определяется межпланетным магнитным полем. При воздействии южной Б компоненты ММП наблюдаются БР2 возмущения1, при северной Б2К и азимутальной БУ компонентах наблюдаются соответственно БР3 и БР4 возмущения2. Кроме того, были выявлены БР0 возмущения, подобные БР2 возмущениям, которые наблюдаются независимо от знака Б2 компоненты. Поскольку интенсивность БР2 возмущений всегда превышает интенсивность БР0 возмущений, был сделан вывод, что токовая система БР2 характеризует усиление токов в постоянно действующей БР0 системе под воздействием южной
Nishida A. (1968) Coherence of geomagnetic DP2 fluctuations with interplanetary magnetic variations. J Geophys Res 73: 5549.
Kuznetsov B.M., Troshichev O.A. (1977) On the nature of polar cap magnetic activity during undisturbed conditions. Planet Space Sci 25: 15-21.
a) DPI Ъ b} DP0/DP2
Рис. 3. Системы ионосферных токов, генерирующих магнитные суббури DP1 в аврораль-ной зоне (а) и DP0/DP2) (b), DP3 (c), DP4 (d) возмущения в полярной шапке. Стрелками показано распределение векторов магнитных возмущений на земной поверхности
BZS компоненты ММП. Впоследствии была обнаружена связь интенсивности DP0 возмущений со скоростью солнечного ветра1. Системы ионосферных токов, ответственных за DP0/DP2, DP3 и DP4 возмущения, показаны на рис. 3 (b, с, d).
Физический механизм, обусловливающий генерацию магнитной активности в полярной шапке и развитие магнитных суббурь в аврораль-ной зоне, стал понятен после начала эпохи космических исследований. Как показали измерения на спутниках2, в магнитосфере действуют системы «продольных» электрических токов, текущих вдоль силовых линий геомагнитного поля (field-aligned currents - FAC), которые замыкаются через проводящую ионосферу авроральной зоны и полярной шапки.
Sergeev V.A., Kuznetsov B.M. (1981) Quantitative dependence of the polar cap electric field on the IMF BZ component and solar wind velocity. Planet Space Sci 29: 205-213. Zmuda A.J., Armstrong J.C. (1974) The diurnal flow pattern of field-aligned currents. J Geophys Res 79: 4611-4519; Iijima T., Potemra T.A. (1976a) The amplitude distribution of field-aligned currents at northern high latitudes observed by Triad. J Geophys Res 81: 2165-2174; Iijima T., Potemra T.A. (1976b) Field-aligned currents in the day-side cusp observed by Triad. J Geophys Res 81: 5971-5979.
Основной системой продольных токов является Б.1 БЛС система, которая наблюдается всегда, независимо от сезона, полушария, ориентации ММП и уровня возмущённости. Б.1 БЛС система включает продольные токи, втекающие в ионосферу в утреннем секторе приполюсной границы аврорального овала и вытекающие из ионосферы в вечернем секторе ав-рорального овала (рис. 4). Под действием Б.1 БЛС системы в ионосфере полярных шапок генерируется электрическое поле утро-вечер и система холловских электрических токов (показаны на рис. 4 жёлтыми линиями), ответственных за магнитные БР0(БР2) возмущения в полярной шапке. Развитие магнитных суббурь (БР1 возмущений) связано со вторжением в авроральную зону интенсивных потоков заряженных (авроральных) частиц и формированием Б.2 БЛС системы на экваториальной границе ав-рорального овала с противоположной, чем в Б.1 БЛС, полярностью продольных токов.
При воздействии северной Б2К компоненты ММП на широтах ~ 75° возникают противоположно направленные продольные токи (Б система). Токи Б , связанные с пограничным слоем хвоста магнитосферы, генерируют в ограниченной околополюсной области БР3 возмущения, противоположные по знаку БР2 возмущениям. Азимутальная Бу компонента ММП обуславливает появление БУ БЛС системы в области «дневного каспа», отделяющей магнитосферный хвост от дневной замкнутой магнитосферы (рис. 2). Полярность продольных БУ токов, определяемая знаком азимутальной компоненты ММП, противоположна в северном и южном полушариях.
По данным о продольных токах, полученных в спутниковых экспериментах, были выполнены модельные расчёты ионосферных токовых систем, генерируемых различными системами продольных токов1. Результаты этих расчётов показали, что модельные системы ионосферных токов полностью соответствуют экспериментальным токовым системам, полученным в ходе исследований2. На этом основании был сделан вы-
3 "
вод3, что генератором магнитной активности в полярных шапках являются различные системы продольных токов, возникающих в магнитосфере
1 Giizler V.A., Semenov V.S., Troshichev O.A. (1979) The electric fields and currents in the ionosphere generated by field-aligned currents observed by TRIAD. Planet Space Sci 27: 223-231; Troshichev O.A., Gizler V.A., Ivanova I.A., Merkurieva A.Yu. (1979b) Role of field-aligned currents in generation of high latitude magnetic disturbances. Planet Space Sci 27: 1451-1459.
2 Kuznetsov B.M., Troshichev O.A. Op. cit.; Troshichev O.A., Tsyganenko N.A. (1979) Correlation relationships between variations of IMF and magnetic disturbances in the polar cap. Geomagn Research 25: 47-59 (in Russian).
3 Troshichev O.A. (1982) Polar magnetic disturbances and field-aligned currents. Space Sci Rev 32: 275-360.
Рис. 4. Система магнитосферных продольных токов R1, ответственных за генерацию магнитных DP0(DP2) возмущений в полярных шапках Земли (утро - слева, вечер - справа)
под воздействием солнечного ветра с разной полярностью ММП. Основной из этих систем является постоянно действующая Ш БАС система, генерирующая БР0(БР2) возмущения (рис. 3Ь).
Концепция РС индекса (1977-1988)
Как показал анализ1, рост магнитной активности в полярной шапке обычно предшествует развитию магнитных суббурь. В качестве показателя магнитной активности в полярной шапке MAGPC было пред-ложено2 рассматривать величину проекции вектора магнитных DP0/ DP2 возмущений на меридиан 03.00-15.00 MLT, при этом SH и SD составляющие вектора возмущений предлагалось отсчитывать от кривой спокойного хода (Quiet Daily Curve - QDC) H и D компонент геомагнитного поля. Идея MAGPC индекса была опробована в Антарктике на российской станции Восток, где автор побывал в летний сезон 1982-1983 гг.
Kuznetsov B.M., Troshichev O.A. Op. cit.
Troshichev O.A., Dmitrieva N.P., Kuznetsov B.M. (1979a) Polar cap magnetic activity as a signature of substorm development. Planet Space Sci 27: 217.
Анализ статистических соотношений между MAGPC индексом и параметрами солнечного ветра за несколько лет был выполнен в работе1 с использованием усреднённых за 15 минут данных магнитных наблюдений на станции Восток в летние месяцы (ноябрь/декабрь/январь/февраль). Оказалось, что MAGPC индекс хорошо коррелирует со всеми «функциями взаимодействия» (coupling functions), предложенными в разных исследованиях для описания связи между вариациями солнечного ветра и магнитными возмущениями, но наилучшая корреляция (R>0.80) наблюдается с функцией Ekl («электрическое поле солнечного ветра»), предложенной в работе Дж.Р. Кана и Л.С. Ли2:
Ekl = VSW (Bz2+By2)1/2 sin2(0/2),
где VSW - скорость солнечного ветра, BZ и BY - компоненты ММП, 0 - угол между поперечной компонентой BT=(BZ2+BY2)1/2 и геомагнитным диполем. Был сделан вывод, что данные наземных магнитных наблюдений в южной и северной полярных шапках могут служить основой для мониторинга геоэффективности солнечного ветра (поля E).
Учёные из ДМИ Эйгил Фриис-Христенсен и Сюзанна Веннерстрём, курировавшие магнитные наблюдения на станции Туле в Гренландии, горячо поддержали эту идею. Они пригласили меня для обсуждения всех вопросов в Копенгаген, куда я и прибыл весной 1986 г. (начиналась эпоха Горбачёва!). В ходе переговоров были согласованы следующие принципы определения индекса магнитной активности в полярной шапке (индекса PC):
- РС индекс должен определяться в любой момент мирового UT времени по величине DP2 магнитных возмущений, генерируемых «электрическим полем солнечного ветра» EKL;
- величина DP2 возмущений в полярной шапке должна отсчитывать-ся от уровня спокойного геомагнитного поля, чтобы устранить суточные и сезонные вариации проводимости ионосферы, обусловленные солнечным УФ излучением;
- PC индекс должен соответствовать величине поля EKL, воздействующего на магнитосферу, независимо от времени UT, сезона и точки наблюдения магнитного возмущения;
- РС индекс рассчитывается независимо по данным магнитных наблюдений на станции Туле (PCNиндекс) и станции Восток (PCS индекс).
Troshichev O.A., Andrezen V.G. Op. cit.
Kan, J.R., Lee L.C. (1979) Energy coupling function and solar wind-magnetosphere dynamo. Geophys Res Lett 6: 577.
В основе указанных принципов лежали результаты исследований, выполненных ранее в ААНИИ при разработке MAGPC индекса, и некоторые из них были приняты датскими коллегами только после длительных дискуссий. К сожалению, процедура определения уровня спокойного геомагнитного поля (QDC) так и осталась несогласованной. В ДМИ «спокойный уровень» традиционно определялся методом интерполяции между абсолютными величинами геомагнитного поля, зафиксированными в ночные часы геомагнитно-спокойных зимних дней двух последовательных лет1, что позволяло учесть влияние регулярных суточных и сезонных изменений УФ излучения в полярной области, но не случайные всплески УФ излучения, обусловленные солнечными вспышками. В ААНИИ для учёта эффекта нерегулярных всплесков УФ излучения была разработана процедура «варьирующего QDC» (QDC running), при которой ход QDC пересчитывался для каждого текущего дня с учётом поведения QDC в течение пяти спокойных дней за предшествующий 30-дневный интервал. Дискуссия о выборе QDC оказалась самой длительной и тяжёлой. В конце концов, я был вынужден согласиться с предложением С. Веннер-стрём об использовании каждой стороной своего метода определения QDC, с тем чтобы вернуться к обсуждению этого вопроса позднее, когда сопоставление PCN и PCS индексов, рассчитанных разными методами, позволит сделать вывод о преимуществе того или иного метода. C этого момента между ААНИИ и ДМИ завязалось плодотворное сотрудничество: началось производство 15-минутных PCN и PCS индексов по данным наблюдений на станциях Туле и Восток, и PC индекс был предложен вниманию международного научного сообщества2.
В последующие годы был выполнен целый ряд исследований, которые показали, что РС индекс хорошо коррелирует не только с параметрами солнечного ветра и интенсивностью магнитных суббурь3, но также с такими показателями геофизических процессов в полярных областях Земли, как ионосферное электрическое поле и диаметр полярной шапки, электрический потенциал поперёк полярной шапки, джоулев разогрев в полярных областях, а также глобальная интенсивность полярных сияний. Результаты всех этих исследований свидетельствовали о том, что РС индекс, следующий вариациям «электрического поля солнечного ветра» EKL,
Vennerstr0m S. (1991) The geomagnetic activity index PC, PhD Thesis, Scientific Report 91-3, Danish Meteorological Institute, 105 pp.
Troshichev O.A., Andrezen V.G., Vennerstr0m S., Friis-Christensen E. Op. cit. Vennerstr0m S. Op. cit.; Vassiliadis D., Angelopoulos V., Baker D.N., Klimas A.J. (1996) The relation between the northern polar cap and auroral electrojet geomagnetic indices in the wintertime. Geophys Res Lett 23, 2781; Takalo J., Timonen J. (1998) On the relation of the AE and PC indices. J Geophys Res 103: 29393.
характеризует состояние полярной ионосферы и вероятность развития магнитных возмущений и, следовательно, может использоваться в качестве нового индекса магнитной активности, показывающего эффективность воздействия солнечного ветра на состояние магнитосферы.
Борьба за унифицированный PC индекс (1989-2013)
В 1997 г. ААНИИ и ДМИ перешли, следуя прогрессу в технике наблюдений, на производство 1-минутных PC индексов. Анализ 1-минутных PCN и PCS индексов показал их хорошую корреляцию во времени, но расхождение по величине. Причина этих расхождений была очевидна: несоответствие методов, принятых в ААНИИ и ДМИ для определения уровня спокойного магнитного поля (QDC), как уровня отсчёта величины магнитной активности на станциях Восток и Туле. Необходимо было договариваться о единой методике расчёта PCN и PCS индексов. К сожалению, наши датские коллеги E. Фриис-Христенсен и С. Веннерстрём к тому времени покинули ДМИ и перешли в Институт космических исследований при Датском техническом университете (DTU Space). Я обратился к руководству ДМИ с предложением о согласовании методик расчёта PCN и PCS индексов и получил обескураживающий ответ: «PCN индекс, производимый в ДМИ, и так пользуется большим спросом, поэтому не имеет смысла что-либо менять».
В 1998 г., во время моего очередного визита в США, я встретился с Владимиром Папиташвили, моим старым приятелем из Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн (ИЗМИ-РАН), который уехал в США и работал в Мичиганском университете (Лаборатория космической физики). В это время он занимал пост заместителя главы секции МАГА по магнитным данным и индексам (IAGA Division V: Geomagnetic Data, Indices and Applcations). Я рассказал ему о проблеме РС индекса и получил предложение подготовить соответствующий проект для участия в конкурсе грантов NSF (Фонд национальных научных исследований США). Проект, подготовленный мною, гранта NSF не получил, но зато победил в конкурсе грантов НАТО. Тогда это было не только возможно, но даже приветствовалось!
Координатором проекта значился В. Папиташвили как гражданин страны НАТО, а участниками проекта со стороны ААНИИ были записаны O. Трошичев и Р. Лукьянова, со стороны ДМИ - T. Neubert и O. Rasmussen. В числе основных задач было указано: а) определение эффективного размера полярной области, подходящей для корректного определения РС индекса, b) анализ различий между PCN и PCS
индексами, получаемыми в северной и южной полярной шапках и разработка единой методики их определения, с) обеспечение, техническое и программное, производства PC индекса в квазиреальном времени. Проект был рассчитан на два года. В соответствии с программой работ, все участники проекта должны были собраться в марте 2000 г. в Копенгагене для детального обсуждения всех полученных результатов и последующего согласования единой методики определения PCN и PCS индексов.
Однако в январе 2000 г. д-р В. Папиташвили неожиданно сообщил мне, что ДМИ не может обеспечить в марте технические условия (рабочую комнату и компьютеры) для двух человек из ААНИИ, и поэтому он как координатор проекта планирует пригласить в Копенгаген только одну Ренату Лукьянову, а мой визит предлагает отложить до осени, когда ситуация изменится. Я заявил протест против столь явной попытки отстранить меня от обсуждения согласованной методики определения PC индекса. Как результат состоявшегося «обмена любезностями» д-р Папиташвили вообще исключил представителей ААНИИ от участия в проекте и пригласил приехать в ДМИ (за счёт гранта НАТО) двух своих бывших коллег из ИЗМИ-РАНа. Таким образом, работы по проекту, инициированному ААНИИ, были проведены без участия AAНИИ, и единственным публичным результатом проекта явилась статья об «эффективном размере» полярной обла-сти1. Результаты исследований, выполненных по программе проекта в АА-НИИ, были опубликованы в работах2. Кроме того, в годовом отчёте ДМИ за 2001 г.3 сообщалось также о программной ошибке, обнаруженной в методике DMI, применявшейся для расчёта 1-мин PCN индекса, и о наличии в ходе PCN индекса существенных суточных вариаций, сопоставимых с сезонными вариациями. Очевидно, что эти «находки» скорее дискредитировали результаты предыдущих публикаций с использованием PCN индекса, но нисколько не способствовали достижению главной цели проекта - разработке единой методики определения PCN и PCS индексов. Характерно, что после доклада ААНИИ о «соответствии и несоответствии PCN и PCS
Papitashvili V., Rasmussen O. (1999) Effective area for the northern polar cap magnetic activity index, Geophys. Res. Lett., 26, 2917-2920.
Troshichev O.A., Lukianova R.Y., Papitashvili V., Rich F.J., Rasmussen O. (2000), Polar Cap index (PC) as a proxy for ionospheric electric field in the near-pole region, Geophys. Res. Lett., 27, 3809-3812; Troshichev O.A., Lukianova R. (2002) Relation of the PC index to the solar wind parameters and substorm activity in time of magnetic storm, J. Atmos. Solar. Terr. Phys., 64, 585-591; Lukianova R., Troshichev O., Lu G. (2002) The polar cap magnetic activity indices in the southern (PCS) and northern (PCN) polar caps: consistency and discrepancy, Geophys. Res. Lett., 29(10), doi:10.10292002GL015179. Papitashvili V.O., Gromova 1.1., Popov V.A., Rasmussen O. (2001) Northern Polar Cap magnetic activity index PCN: Effective area, universal time and solar cycle variations, Scientific Report 01-01, Danish Meteorological Institute, Copenhagen, Denmark, 57 pp. (available at: www.dmi.dk/dmi/sr01-01.pdf).
2
индексов», представленного на IX Генеральной Ассамблее МАГА (2001) Ренатой Лукьяновой, д-р Папиташвили предложил ей посетить Мичиганский Университет, чтобы рассказать в деталях о методике расчёта PC индекса, используемой в ААНИИ. Мне до сих пор не ясна цель всех этих действий В. Папиташвили. Возможно, они были обусловлены каким-то, неизвестным мне, соглашением между В. Папиташвили и Датским Метеорологическим институтом. Во всяком случае, когда осенью 2001 г. я обратился к Т. Ньюберту, главе отдела геофизики в ДМИ, с предложением начать работы по созданию единой методики, то получил резко негативный ответ. По мнению д-ра Ньюберта, PC индекс, выпускаемый в ДМИ, хорошо определён, тщательно протестирован, и широко используется в научном мире; поэтому ДМИ будет производить свой PCN индекс до тех пор, пока на него будет спрос.
Таким образом, проблема унифицированной методики стала казаться мне совершенно неразрешимой, о чём я как-то и упомянул при встрече с д-ром Питером Стаунингом (Peter Stauning) на одной из международных конференций. В ответ Питер Стаунинг, специалист ДМИ по физике ионосферы, сразу же выразил готовность помочь мне в решении проблемы, если я разъясню ему все детали проблемы и суть различий в методах ААНИИ и ДМИ. Я с радостью принял предложение д-ра П. Стаунинга, и с 2005 г. началось наше тесное с ним сотрудничество: постоянная переписка по электронной почте, встречи на международных конференциях, несколько раз д-р П. Стаунинг приезжал в Санкт-Петербург для детального обсуждения возникающих вопросов. После ознакомления с методами расчёта PC индекса, применяемыми в ААНИИ и ДМИ, он полностью одобрил разработанный в ААНИИ «унифицированный метод», и начал, по его словам, внедрять этот метод в ДМИ. В 2006 г. была даже опубликована статья с описанием «унифицированного» метода 1, где он был соавтором. И я уже начал надеяться, что путь к официальному одобрению PC индекса будет теперь открыт.
Реальность, однако, оказалась совсем иной: после «вхождения в тему» д-р П. Стаунинг стал постоянно менять свою позицию, ориентируясь то ли на текущую ситуацию, то ли на перспективы её изменения в будущем. Так, например, в письме от 21 июля 2009 г. он пишет: «При рассмотрении процедуры расчёта PC индекса было обнаружено, что концепция сильной зависимости величины индекса от выбора QDC неверна, ... использование QDC оказывает маргинальное влияние на величину PC индекса». Но уже через десять дней, 30 июля 2009 г., его точка зрения меняется на противоположную: «Я рекомендую использовать унифицированный метод, поскольку компенсация эффектов изменения УФ излучения и солнечного ветра в цикле солнечной активности
является большим преимуществом процедуры коррекции QDC»1 (т. е. QDC running процедуры).
Тем не менее, в течение пяти лет я пытался достичь согласия с д-ром Стаунингом, поскольку официальное соглашение между ДМИ и ААНИИ о едином методе определения PCN и PCS индексов являлось необходимым условием МАГА для одобрения PC индекса. Настал, однако, день, когда д-р Стаунинг придумал, наконец, свой собственный «SRW вариант» унифицированного метода (который был опубликован позднее в статье2) и после этого перестал скрывать свои далеко идущие цели. В моей памяти оставила глубокий след наша последняя «дискуссия» в августе 2009 г., когда я, возвращаясь из Норвегии в Санкт-Петербург, остановился в Копенгагене, чтобы обсудить с д-ром П. Стаунингом спорные вопросы. Дискуссия велась у него в доме и продолжалась, без каких-либо результатов, до позднего вечера, когда Питер вдруг сказал мне: «ДМИ никогда не согласится на производство PCN индекса по твоему методу - ты должен принять мой метод, если ты хочешь, чтобы PC индекс был одобрен МАГА. Ты должен понять, что МАГА будет слушать меня, а не тебя. Неужели ты не видишь, что меня приглашают на каждое заседание секции, а тебя даже не информируют об этих встречах». Эта декларация произвела на меня очень сильное впечатление, ибо последняя фраза действительно соответствовала истине. Однако вскоре после этого я получил письмо от нового члена секции МАГА WG-5 д-ра Heather McCreadie.
Отношение секции МАГА WG V-DAT к PC индексу
Критерии, которым должен соответствовать любой новый индекс магнитной активности, были сформулированы МАГА ещё в 1980 г. Оказалось, что PC индекс соответствует этим критериям по всем параметрам:
1) PC индекс рассчитывается по данным магнитных наблюдений в полярных шапках (станции Туле и Восток), в отличие от других магнитных индексов (К, аа, Dst, AL/AU), для которых используются данные магнитных наблюдений в других широтных зонах;
2) PC индекс определяется, соответственно, как индекс магнитной активности в полярных шапках;
3) PC индекс характеризует через статистически обоснованные соотношения текущую (т. е. сиюминутную) эффективность воздействия
Цитируются письма из личного архива автора.
Stauning P. (2011) Determination of the quiet daily geomagnetic variations for polar regions, J Atmos Sol-Terr Phys 73: 2314-2330, doi:10.1016/j.jastp.2011.07.004.
солнечного ветра на магнитосферу, что определяет его научную и практическую значимость.
Впервые вопрос о PC индексе был включён в повестку дня VIII Генеральной Ассамблеи МАГА (Упсала, 1997). Отмечая большое научное и практическое значение PC индекса и необходимость обеспечить производство PC индекса в квазиреальном времени, МАГА приняла решение (Резолюция № 4) сформировать Специальную Рабочую Группу (Task Force W-2) для подготовки «Отчёта об индексе магнитной активности в полярной шапке» с целью последующего обсуждения этого отчёта на заседании МАГА. Меня проинформировали об этом решении и попросили подготовить соответствующий доклад.
Доклад был сделан на XXII Ассамблее Международного союза геодезии и геофизики (IUGG) (Бирмингем, 1999). Меня попросили подготовить для МАГА WG V-DAT статью-отчёт Polar Cap (PC) Magnetic Activity Index, авторами которой значились О. Трошичев, О. Расмуссен и В. Папиташвили, и мне казалось, что МАГА планирует одобрить PC индекс. Однако никакого решения в Бирмингеме так и не было принято.
Вопрос о PC индексе затрагивался также на заседаниях Секции V-DAT в ходе IX Генеральной Ассамблее МАГА (Ханой, 2001) и XXIII Ассамблее IUGG (Саппоро, 2003), в которых я уже не участвовал, принимая во внимание мои «новые» отношения с В. Папиташвили, который в 1999 г. стал главой Секции IAGA V. Характерно, что после этого вопрос об одобрении PC индекса исчез из повестки дня МАГА на несколько лет.
Проблема утверждения PC индекса снова была поднята на X Ассамблее МАГА (Тулуза, 2005). Д-р Heather McCreadie в своём выступлении отметила, что PC индекс находится в свободном доступе на вебсайте и широко используется научным сообществом, несмотря на отсутствие официального одобрения МАГА. Новый глава секции IAGA V-Dat Toshihiko Iyemori констатировал, что для одобрения PC индекса нужно было подготовить детальное описание методики его расчёта. В ответе д-ра В. Папиташвили было сказано, что PC индекс уже одобрялся МАГА, но одобрение было затем отозвано для получения необходимых уточнений. Следует указать в связи с этим, что никаких документов об одобрении PC индекса и последующем отзыве этого одобрения обнаружено не было1.
На XXIV Ассамблее IUGG (Перуджа, 2007) секция МАГА V-Dat приняла решение о создании специальной Комиссии по PC индексу в составе: Mita Rajaram, Michel Menvielle, Heather McCreadie, Peter Stauning, Renata Lukianova, Alan Thomson. Следует отметить, что Рената Лукьянова,
PC Index Review for IAGA meeting in Sopron, August 2009.
ранее работавшая с PC индексом в отделе геофизики ААНИИ, к тому времени ушла из института, а затем выступила с критикой «унифицированного метода», принятого в ААНИИ1. Хотя эта критика не имела никаких оснований2, «место под Солнцем» было завоёвано: в 2007 г. Рената Лукьянова была включена, как представитель России, в состав секции IAGA V-Dat. Более того, мои зарубежные коллеги вскоре сообщили мне, что Р. Лукьянова позиционирует себя за рубежом, как персону, имеющую непосредственное отношение к производству PCS индекса. Косвенные указания на это я увидел и сам в ходе конференции в Перудже. Когда был объявлен мой доклад о PC индексе, Р. Лукьянова сразу покинула зал заседаний. А после доклада мне был задан из зала вопрос о том, кто же является на самом деле ответственным за производство PCS индекса в России. Когда я сказал, что PCS индекс выпускается под моим руководством в ААНИИ, на лице спросившего (я не был знаком с этим человеком) выразилось явное недоумение.
Я уже стал сомневаться, можно ли вообще ждать от секции МАГА V-Dat каких-то конкретных действий, как вдруг получил очень доброжелательное послание от д-ра Heather McCreadie. Она просила предоставить ей исчерпывающую информацию о методике определения PCS индекса в ААНИИ, необходимую для подготовки отчёта на следующем заседании секции МАГА V-Dat. Такая просьба (впервые после 1999 г.!) очень удивила меня. Я послал ей всю необходимую информацию, абсолютно не веря в положительный итог всей этой деятельности.
Однако на XI Ассамблее МАГА (Сопрон, 2009) ситуация с PC индексом действительно радикально изменилась. В своём докладе д-р Н. McCreadie констатировала высокую результативность применения PC индекса в качестве показателя эффективности солнечного ветра, воздействующего на магнитосферу, и отметила явное несоответствие между методами, используемыми в ДМИ и ААНИИ для расчёта PCN и PCS индексов. Как результат, была снова создана специальная группа по апробации PC индекса (The Task Force for the Endorsement of PC) в составе: M. Menvielle, H. McCreadie, C. Demetrescu. Именно эта группа провела тщательное исследование всех методов определения PC индекса и подготовила для WG
1 Lukianova, R. (2007) Comment on "Unified PCN and PCS indices: method of calculation, physical sense, dependence on the IMF azimuthal and northward components" by O. Troshichev, A. Janzhura, and P. Stauning, J. Geophys. Res., 112, A07204, doi:10.1029/2006JA011950.
2 Troshichev O.A., Janzhura A. Stauning P. (2007), Reply to Comment of R. Lukianova on paper "The unified PCN and PCS indices: method of calculation, physical sense, dependence on the IMF azimuthal and northward components" by O. Troshichev, A. Janzhura, and P. Stauning, J. Geophys. Res., 112, A07205, doi:10.1029/2006JA012029/.
V-DAT детальный отчёт1. Этот отчёт был рассмотрен на специальном Заседании рабочей группы МАГА WG V-DAT (Вена, 2010), где были представлены также конкурирующие доклады П. Стаунинга и О.А. Трошичева о методах, используемых в ДМИ и в ААНИИ. В результате состоявшейся дискуссии секция WG V-DAT приняла решение считать научно обоснованным «унифицированный метод» ААНИИ и рекомендовала МАГА одобрить PC индекс, определяемый этим методом.
В ходе этого заседания (Вена, 2010) на белый свет выплыли два факта, которые шокировали меня. На рассмотрение секции WG V-DAT были представлены две версии PCN индекса: индекс PCN-DMI и индекс PCN-Stauning. Выяснилось, что индекс PCN-Stauning - это персональный индекс Стаунинга, а PCN-DMI - это официальный индекс ДМИ, определяемый по методике, описанной в работе С. Веннерстрём2, и д-р П. Стаунинг не имеет к этому официальному индексу никакого отношения. Более того, оказалось, что ещё в 2009 г. геофизические наблюдения на станции Туле были переданы в ведение DTU Space, и именно этот институт несёт теперь ответственность за производство PCN индекса. Эти факты свидетельствовали о том, что д-р П. Стаунинг постоянно лгал мне, выставляя себя персоной, ответственной за PCN индекс в ДМИ, а все его претензии, высказанные от имени ДМИ, являлись блефом. После Вены я прекратил всякие отношения с д-ром П. Стаунингом.
Признание РС индекса (2013)
Датский институт космических исследований (DTU Space), ставший ответственным за геофизические наблюдения на ст. Туле, планировал провести исчерпывающий анализ всех проблем, касающихся PC индекса (в том числе его соответствия стандартам МАГА), но не успевал выполнить эту работу до начала предстоящей в 2011 г. XXV Ассамблеи IUGG. Поэтому по просьбе DTU Space рассмотрение вопроса о PC индексе было отложено до XII Ассамблеи МАГА (Мехико, 2013). В течение последующих двух лет команды ААНИИ и DTU Space согласовали все детали унифицированной процедуры расчёта PCN и PCS индексов. Было заключено также соглашение о производстве PCN и PCS индексов в квазиреальном времени. Jurgen Matzka, лидер группы по геомагнетизму в DTU Space, подготовил для МАГА детальное описание унифицированной процедуры
McCreadie H., Menvielle M. (2010) The PC index: review of methods, Ann Geophys 28: 1887-1903, doi:10.5194/angeo-28-1887-2010. Vennerstr0m S. Op. cit.
определения PCN и PCS индексов. Как результат, в 2013 г. Международная Ассоциация Геомагнетизма и Аэрономии одобрила новый магнитный PC индекс, являющийся индикатором поступающей в магнитосферу энергии солнечного ветра (см. ниже). В 2014 г. в DTU Space был произведён перерасчёт всех PCN индексов за предшествующие годы с использованием «унифицированного метода».
Resolution No. 3 (2013): Polar Cap (PC) index The IAGA
• noting that polar cap magnetic activity is not yet described by existing IAGA geomagnetic indices,
• considering that the Polar Cap (PC) index constitutes a quantitative estimate of geomagnetic activity at polar latitudes and serves as a proxy for energy that enters into the magnetosphere during solar wind-magnetosphere coupling,
• emphasising that the usefulness of such an index is dependent on having a continuous data series,
• recognising that the PC index is derived in partnership between the Arctic and Antarctic Research Institute (AARI, Russian Federation) and the National Space Institute, Technical University of Denmark (DTU, Denmark)
• recommends use of the PC index by the international scientific community in its near-real time and definitive forms, and
• urges that all possible efforts be made to maintain continuous operation of all geomagnetic observatories contributing to the PC index.
Борьба с дискредитацией одобренного РС индекса (2013-2022)
Решение секции WG V-DAT (Вена, 2010) об одобрении «унифицированного метода ААНИИ» и последовавшее вслед за этим соглашение между DTU Space и ААНИИ оказались для П. Стаунинга весьма неприятным сюрпризом. В адрес XXII Ассамблеи МАГА (Мехико, 2013) был послан резко негативный отзыв на непригодный (invalid) «унифицированный» PC индекс, что, однако, не повлияло на положительное решение МАГА. После чего д-р П. Стаунинг начал планомерную компанию по дискредитации нового индекса. За 10 лет в разных журналах появилось 10 «критических заметок» П. Стаунинга, в которых повторялись одни и те же необоснованные
или просто лживые утверждения относительно унифицированного PC индекса. Ниже даётся их краткое описание.
1. Обвинение в том, что унифицированный метод определения PC ин-декса1 включает в себя некорректную процедуру учёта влияния секторной структуры ММП. Это утверждение П. Стаунинга, повторённое в семи публикациях, основывается на том факте, что в отчёте2 содержится упоминание о статье3, где рассматривается влияние By компоненты ММП на характер поведения суточного хода магнитной активности и возможная процедура идентификации этого влияния. Следует особо подчеркнуть, что эта процедура, не имеющая никакого отношения к «унифицированному методу», никогда не использовалась при расчётах PC индекса. Тем не менее П. Стаунинг в своих «критических заметках» всегда отождествлял процедуру4 с процедурой учёта секторной структуры ММП, применяемой в унифицированном методе5, с тем чтобы заявить о непригодности этого метода, одобренного МАГА, и предложить вместо него свой.
2. Обвинение в том, что калибровочные коэффициенты, определяющие связь между электрическим полем EKL и индексами PCN/PCS являются неверными, потому что они были определены в солнечно-эклиптической (GSE), а не в солнечно-магнитосферной (GSM) системе координат, как это должно быть. На самом деле в 2009 г. все калибровочные коэффициенты были пересчитаны в GSM координатах, и эту работу выполнял как раз сам д-р П. Стаунинг, при этом результаты расчётов, сделанных в GSE и GSM системах, показали лишь незначительное расхождение. После 2009 г. все расчёты PC индексов проводились только с использованием калибровочных коэффициентов, определённых в GSM координатах. Доказательства этого, почерпнутые из переписки с д-ром П. Стаунингом за 2009 г., были представлены в журнал Annales of Geophysicae, после чего это обвинение больше не появлялось в «критических заметках» Стаунинга.
В связи с этим следует сказать, что переписка с д-ром П. Стаунин-гом хранится в ААНИИ до сих пор. Поводом к этому послужил следующий эпизод. Перед первым визитом д-ра Стаунинга в ААНИИ в 2005 г.
Troshichev О., Janzhura A., Stauning P. (2006) Unified PCN and PCS indices: Method of alculation, physical sense and dependence on the IMF azimuthal and northward components. J Geophys Res 111, A05208, doi:10.1029/2005JA011402. Matzka J (2014). PC_index_description_main_document_incl_Appendix_A.Pdynf [Электронный ресурс] URL: http://isgi.unistra.fr/ Documents/References/PC_index_ description_main_document.Pdynf (дата обращения: 26.02.2023). Janzhura A.S., Troshichev O.A. (2011) Identification of the IMF sector structure in near-real time by ground magnetic data, Ann. Geophys., 29, 1491-1500, doi:10.5194/angeo-29-1491-2011. Ibid.
Troshichev O., Janzhura A., Stauning P. Op. cit.
я подготовил на английском языке подробнейшее описание не только процедуры определения РС индекса, но и всех сопутствующих вопросов, заслуживающих обсуждения. Среди этих вопросов был и учёт секторной структуры ММП при определении спокойного уровня ^БС). Мы обсуждали все эти проблемы в ходе визита д-ра П. Стаунинга в ААНИИ, и в подготовленном мною тексте остались его собственноручные пометки. Каково же было моё удивление, когда в следующий свой визит (примерно через полгода) он сразу сообщил мне о своёй новой идее: необходимо учитывать эффект секторной структуры ММП! Я напомнил ему, что этот вопрос мы обсуждали полгода назад. В ответ д-р П. Стаунинг заявил, что ничего такого не было, и он сам, без всяких подсказок, пришёл к этой идее. К счастью, текст с его пометками лежал в моём шкафу, и я предъявил ему этот текст. Д-р П. Стаунинг был очень смущён, но продолжал утверждать, что он абсолютно не помнит обсуждения такого вопроса, а значит эта идея - его собственная. Принимая во внимание очевидные изъяны в памяти д-ра П. Стаунинга, я посчитал необходимым сохранять, на всякий случай, всю касающуюся д-ра П. Стаунинга документацию.
3. Заявление о том, что большие расхождения между величинами соответствующих РСЫ и РС8 индексов, полученных одним и тем же «унифицированным методом», свидетельствует о непригодности как унифицированного метода, так и РС8 индекса (!) (3 публикации). Расхождения между величинами РСЫ и РС8 индексов наблюдаются в основном в зимний и летний сезоны и, как показал анализ1, эти расхождения обусловлены не качеством РС8 (или РСМ) индекса, а влиянием БУ компоненты ММП на магнитную активность в летней полярной шапке. Величина разности АРС=РСЫ-РС8 может быть как положительной (лето в северном полушарии) так и отрицательной (лето в южном полушарии) и увеличивается с ростом магнитной активности.
Сначала я не обращал на статьи П. Стаунинга особого внимания, тем более что уже вышли в свет две монографии, в которых давалось подробное описание методики определения РС индекса2. Однако когда д-р Стаунинг стал требовать от МАГА, со ссылкой на свои публикации, пересмотра решения по РС индексу, стало ясно, что процесс дискредитации РС индекса нужно останавливать. При этом наглядно выявилось различное
Troshichev О.А. (2022) PC index as a ground-based indicator of the solar wind energy incoming into the magnetosphere: relation of PC index to the solar wind electric field EKL Front. Astron. Space Sci., doi: 10.3389/fspas.2022.1069470.
Troshichev O., Janzhura A. (2012) Space weather monitoring by ground-based means: PC index, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 288 p, doi:10.1007/978-3-642-16803-1; Troshichev O.A. (2017) Polar Cap Magnetic Activity (PC Index) and Space Weather Monitoring. Editions universitaires europeennes, ISBN 978-3-8381-8012-0, p. 140.
отношение разных журналов к публикации «критических заметок». В европейских изданиях (Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Annales of Geophysicae) автору сразу сообщают о поступлении «критических заметок» и просят прокомментировать эти заметки, после чего независимые рецензенты дают оценку «критическим заметкам» и авторским комментариям, что и определяет возможность публикации критических заметок и авторского ответа на них. В спорных случаях может быть даже организована открытая дискуссия (как, например, в журнале Annales of Geophysicae), и решение о публикации «критических заметок» принимается по итогам этой дискуссии. В других журналах (Journal of Geophysical Research, Space Physics) «критические заметки» публикуются без информирования автора критикуемой статьи, но автор всегда имеет право ответить на критику. И, наконец, есть и такие журналы (Space Weather, например), которые публикуют любую критику, но очень не хотят печатать ответы на эту критику (по-видимому, берегут «честь журнала»).
После появления в Space Weather статьи о негодном (invalid), получившем одобрение МАГА PC индексе1 я отправил в журнал свои комментарии на «критические заметки» Стаунинга. В ответном письме д-р M. Хэп-гуд, в то время главный редактор журнала Space Weather, написал, что его заинтересовала тема PC индекса, и предложил подготовить полноценную статью на эту тему. Я не согласился с таким вариантом, потому что в полноценной статье затеряются и «критические заметки» П. Стаунинга, и моя их оценка. В конце концов, мы договорились, что я подготовлю большую статью-обзор по PC индексу с условием, что будет одновременно опубликована и статья с ответом на «критические заметки» П. Стаунинга. Подготовка обзора заняла полгода, замечания рецензентов оказались настолько корректными и доброжелательными, что я переписывал обзор (60 страниц!) три раза, пока он не достиг, наконец, должного уровня. При этом вторая короткая статья-ответ П. Стаунингу и мой ответ на комментарии рецензентов на эту статью (одним из них был сам П. Стаунинг!) как будто бы вопросов не вызывали. И вот, наконец, более чем через год после публикации статьи П. Стаунинга в Space Weather и через девять месяцев после моего первого контакта с журналом, когда уже были даны ответы на все замечания рецензентов и эпопея должна была вот-вот завершиться, я получаю письмо из Space Weather. M. Хэпгуд проинформировал меня, что он как редактор принял решение не публиковать статьи, т. к. он не удовлетворён моим ответом на комментарии одного из рецензентов (П. Стаунинга!) по второй статье. Какой изящный выход из неловкого положения: сначала отвлечь
Stauning P. (2020) The Polar Cap (PC) index: Invalid index series and a different approach. Space Weather, 18, e2020SW002442. https://doi.org/10.1029/2020SW002442.
автора неудобной для журнала публикации обещанием опубликовать детальный обзор по обсуждаемой теме, а через год, когда работа, наконец, завершена, отказаться, без каких-либо дальнейших разговоров, от публикации обеих статей! Только одно обстоятельство компенсировало моё разочарование - обзор по PC индексу оказался востребованным и был опубликован в скором времени и практически без изменений в журнале Frontiers in Astronomy and Space Science1. При этом ответы на необоснованные «критические заметки» д-ра П. Стаунинга были опубликованы в журнале Journal of Geophysical Research, Space Physics.
Согласно правилам МАГА все магнитные индексы, полученные по данным «текущих» наблюдений, рассматриваются как «временные» (provisional) индексы. Затем они должны быть проверены, принимая во внимание все возможные погрешности наблюдательного, приборного или компьютерного происхождения, с тем чтобы получить «окончательные» (definitive) индексы, которые будут действовать бессрочно. По инициативе наших коллег из DTU Space такая операция была выполнена в 2021 г. с использованием модернизированного программного обеспечения2. Cравнение provisional и definitive PCN и PCS индексов за 24 года (1997-2020) показало полное согласие между соответствующими definitive PCN и PCS индексами и только случайные расхождения между сериями provisional и definitive PC индексов. Как результат definitive PCN и PCS индексы получили в 2021 г. финальное одобрение МАГА, и PC индекс был рекомендован международному научному сообществу для повсеместного использования3. Серии definitive PCS и PCN индексов за 1997-2022 гг. представлены на нескольких сайтах4. Хочется надеяться, что на этом многолетняя борьба за новый магнитный индекс пришла к своему завершению.
Заключение
РС индекс был одобрен МАГА как показатель поступающей в магнитосферу энергии солнечного ветра. Как уже указывалось, усиленное поступление этой энергии ведёт к развитию магнитосферных возмущений,
Troshichev О.А. (2022). Op. cit.
Nielsen, J.B., Willer A.N. (2019). Restructuring and harmonizing the code used to calculate the Definitive Polar Cap Index, Report from DTU Space. https://tinyurl.com/sx3g5t5. IAGA resolution (2021) [Электронный ресурс] URL: http:// www.iaga-aiga.org/ resolutions/resolution-no-2-2021-polar-cap-pc-index/ (дата обращения: 26.02.2023). Polar Cap Magnetic Index [Электронный ресурс] URL: http://pcindex.org; Index of / WDC/indices/pcn [Электронный ресурс] URL: ftp://ftp.space.dtu.dk/WDC/indices/ pcn/; International Service of Geomagnetic Indices [Электронный ресурс] URL: http:// isgi.unistra.fr (дата обращения: 26.02.2023).
2
оказывающих наибольшее воздействие на жизнедеятельность человека в авроральной зоне. Поскольку местоположение авроральной зоны контролируется геомагнитной системой координат, то в американском секторе долгот авроральная зона проходит через технически развитую и плотно заселённую территорию (приблизительно вдоль границы между Канадой и США). Как результат прогноз космической погоды и магнитных возмущёний уже давно считается в этих странах важной государственной задачей.
Долгосрочные (1-3 дня) прогнозы космической погоды осуществляются по данным непрерывных наблюдений за активными областями на Солнце (солнечные пятна, вспышки, протуберанцы и т. д.). Заблаговременность прогноза определяется временем, за которое потоки солнечной плазмы, излучаемой активными областями, пройдут расстояние до Земли, и, следовательно, радиальной скоростью плазмы. По точечным (с Земли или со спутников) наблюдениям диска Солнца довольно трудно отследить движение тех потоков солнечной плазмы, которые встретят магнитосферу на своём пути. В случае наземных наблюдений (солнечные обсерватории) ситуация осложняется ещё и зависимостью наблюдений от времени суток и погодных условий. Поэтому надёжность долгосрочных прогнозов космической погоды обычно не превышает 50 %.
В основе краткосрочного прогнозирования лежат измерения параметров солнечного ветра на американском спутнике АСЕ, который был установлен в 1989 г. в точке Лагранжа Ь1, лежащей на линии Солнце-Земля на удалении ~ 1,5 млн км от Земли, где земное притяжение уравновешивается солнечным притяжением. По данным измерений параметров солнечного ветра в точке Ь1 определяется время прихода потоков солнечной плазмы к магнитосфере и их геоэффективность. Заблаговременность краткосрочного прогноза определяется скоростью солнечного ветра и может меняться от 80 минут (спокойный солнечный ветер, V ~ 300 км/с) до 35 минут (высокоскоростная солнечная плазма, V ~ 700 км/с). Ранее считалось, что потоки солнечной плазмы, зафиксированные в точке Ла-гранжа, всегда контактируют с земной магнитосферой. В реальности, однако, оказалось, что потоки солнечного ветра, движущиеся по спирали от Солнца, в 20 % случаев проходят мимо магнитосферы или касаются её только боком1. С другой стороны полярные спутники, локализованные
Vokhmyanin, M.V., Stepanov N.A., Sergeev V.A. (2019) On the evaluation of data quality in the OMNI interplanetary magnetic field database. Space Weather 17: 476-486. https://doi. org/10.1029/2018SW/002113; Troshichev O.A., Sormakov D.A. (2019) PC index as a proxy of the solar wind energy that entered into the magnetosphere: (5) Verification of the solar wind parameters presented at OMNI website, J Atmos Solar-Terr Phys 196, 105147, doi. org/10.1016/j.jastp.2019.105147.
внутри магнитосферы, также не могут обеспечить непрерывную информацию о процессах, происходящих в различных частях магнитосфер-ных, поскольку период их вращения вокруг Земли превышает два часа, и они появляются в одной и той же точке постоянно меняющейся магнитосферы не более 10 раз в сутки. В этих обстоятельствах становится очень важным иметь надёжную «реперную» оценку состояния магнитосферы.
Именно такую информацию обеспечивает наземный PC индекс, являющийся «real-time» показателем поступающей в магнитосферу энергии солнечного ветра, что позволяет использовать PC индекс как для количественного мониторинга различных явлений и процессов в магнитосфере, так и для текущего прогноза (наукастинга) развития магнитосферных возмущений. Provisional PC индексы публикуются в реальном времени на тех же указанных выше сайтах.
В заключение считаю своим приятным долгом назвать имена моих коллег, которые внесли неоценимый вклад в разработку и становление PC индекса: Владимир Гизлер, Борис Кузнецов, Владимир Андрезен, Александр Янжура, Дмитрий Сормаков. Хочу поблагодарить наших зарубежных коллег Юргена Мацку и Анну Виллер, обеспечившим расчёт северного PCN индекса с использованием «унифицированного метода». Особую признательность хочу выразить Хизер МакКреди (Heather McCreadie), за её высокий профессионализм, принципиальность и настойчивость, благодаря чему и было, наконец, получено одобрение МАГА. Сердечное вам спасибо, мои дорогие друзья!
