Событие сме (корональный выброс массы) 24. 01. 2012 по наземным и спутниковым данным Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 550.383

СОБЫТИЕ СМЕ (КОРОНАЛЬНЫЙ ВЫБРОС МАССЫ) 24.01.2012 ПО НАЗЕМНЫМ И СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ Т.А. Корнилова, И.А. Корнилов

Полярный геофизический институт КНЦ РАН, Апатиты Аннотация

Анализировался эффект импульсного воздействия на спокойную магнитосферу скачка давления солнечного ветра 24.01.2012 в 15.04 UT, вызванного солнечным корональным выбросом. Использовались наземные магнитные и телевизионные данные, а также данные спутников, расположенных в магнитосфере и солнечном ветре (ACE, WIND, GEOTAIL, THEMIS). Практически одновременно со сжатием магнитосферы обнаружено появление слабых субвизуальных сияний в Ловозере и, с задержкой около 7 мин., активизация сияний в Баренцбурге. Вывод - наблюдаемая задержка является характерным временем перестройки токовых систем магнитосферы.

Ключевые слова:

корональный выброс массы, солнечный ветер, магнитосфера, аврора.

Введение

Корональный выброс массы, так называемый СМЕ (coronalmassejection), представляет собой мощное взрывное явление в атмосфере Солнца. Если во время солнечных вспышек накопленная в активных областях Солнца магнитная энергия высвобождается в основном в виде электромагнитного излучения различных диапазонов (гамма и рентгеновское излучение, видимый свет и радиоволны), то в событиях СМЕ почти вся энергия расходуется на ускорение больших масс вещества. Происходит перенос в межпланетное пространство огромного количества плазмы (в основном это электроны с энергией 100-200 эВ и протоны - около 1 кэВ), кинетической

энергии и магнитного потока [1-4]. Захваченная в магнитное облако плазма распространяется со скоростью около 1 тыс. км/с и, достигая орбиты Земли, является главным фактором космической погоды, оказывая очень существенное влияние на околоземное пространство и условия жизни на планете. Среди основных эффектов СМЕ можно отметить магнитные бури, полярные сияния, нарушения в работе космического и наземного электрооборудования, угрозу здоровью космонавтов, ухудшение условий распространения радиоволн, изменение погоды, обострение сердечно-сосудистых заболеваний и т.д. В данной работе исследуются некоторые наземные проявления события коронального выброса массы 24.01.2012.

Наблюдения

На рис. 1 представлены наблюдения магнитного облака спутниками ACE, WIND, THEMIS и GEOTAIL. Координаты спутников в горизонтальной плоскости магнитосферы представлены в правой части рисунка. Круг схематически демонстрирует местоположение Земли, светлая часть соответствует освещенной Солнцем дневной стороне, темная - ночной.

Видно, как магнитное облако постепенно приближается к Земле. Компонента Bz межпланетного магнитного поля (показана только для спутника GEOTAIL, остальные идентичны) долгое время была положительной (8), т.е. магнитосфера была спокойной, полярная шапка сжатой, и овал был смещен на север. Спутники находились в солнечном ветре, перед магнитосферой, исключение составлял ThemisA (4), который первоначально был внутри магнитосферы, но после сжатия ее магнитным облаком оказался в солнечном ветре.

Спутник GEOTAIL (5-8) регистрирует увеличение скорости солнечного ветра от 400 км/с в спокойных условиях до 700 км/с в магнитном облаке (7). Также отмечается резкое увеличение давления плазмы (6). После столкновения с магнитным облаком произошло сильное сжатие магнитосферы - ее лобовая точка приблизилась к Земле с расстояния 15 Re (15 земных радиусов) до 10 Re.

На рис. 2 - результаты измерений наземного магнитного поля на различных станциях, расположенных во всем интервале широт - от северной Канады до Антарктиды. На рисунках отмечены географические координаты станций - широта и долгота. Все станции отмечают характерный, совершенно одновременный скачок магнитного поля, соответствующий моменту сжатия магнитосферы. Хорошо видно, что импульсное сжатие магнитосферы приводит к возбуждению резонансных колебаний силовых линий земного магнитного поля, что проявляется в виде затухающего цуга магнитных пульсаций. Так как длина силовых линий для более южных станций уменьшается, период пульсаций растет с широтой, а зависимость от долготы, естественно, отсутствует (нижняя часть рисунка).

На рис. 3 представлены кеограммы сияний в Баренцбурге (1) и Ловозере (2). Ниже (3 и 4) показаны вариации интегральной яркости (нормированная сумма всех элементов телевизионного кадра). Хотя обе камеры не имели интерференционных фильтров и, значит, не имели абсолютной калибровки чувствительности, грубое сопоставление интенсивностей сияний, основанное на сравнении яркостей звезд, показывает, что яркость сияний в Баренцбурге была больше, чем в Ловозере в 60-80 раз. Очень слабые, почти субвизуальные сияния в Ловозере начинают регистрироваться практически одновременно (задержка не более 20-30 сек.) с регистрацией принесенных СМЕ электронов (а также и протонов) спутником ThemisA (5) и с моментом резкого увеличения наземного магнитного поля (6). Далее сияния становятся ярче и постепенно затухают, оставаясь наиболее яркими на северной границе поля зрения камеры (15:05-15:15 UT). На кеограмме Ловозера (2) отдельным фрагментом, подвергнутым высокочастотной пространственной фильтрации для выделения слабых субвизуальных деталей (2а), отображен начальный интервал активизации сияний, отмеченный белой горизонтальной чертой на основной кеограмме.

вЕОТАИ

Рис. 1. Спутниковые наблюдения в солнечном ветре

Рис. 2. Вариации наземного магнитного поля

Хорошо видно, что свечение с очень большой скоростью (около 50 км/с) распространяется с юга на север. Можно предложить простое физическое объяснение наблюдаемого эффекта. Быстрое сжатие магнитосферы приводит к высыпаниям в ионосферу ранее захваченных частиц внешнего радиационного пояса, причем во всем диапазоне широт одновременно (что подтверждается также одновременными вариациями магнитного поля на всех широтах). Тогда движение свечений к северу отражает разницу во времени движения (разная длина силовых линий магнитного поля) высыпающихся электронов радиационного пояса от экваториальной плоскости магнитосферы до ионосферы, которое различно для разных широт и, соответственно, для разноудаленных областей магнитосферы.

Гм

Рис. 3. Кеограммы сияний в Баренцбурге (1) и в Ловозере (2).

Интегральная яркость сияний (3, 4). Спектр электронов - ТНєтізЛ (5) и Вх компонента магнитного поля (6) в Соданкюля (Финляндия)

Сияния в Баренцбурге (1) активизируются на 7-8 мин. позже сияний в Ловозере, они очень активны и занимают все поле зрения камеры. Южная часть поля зрения занята периодически усиливающимся туманом. После 15:15 ЦТ сияния состоят из отдельных активизаций, возникающих на

севере и смещающихся к югу со скоростью около 1-1.5 км/с. Можно предположить, что продолжающееся давление солнечного ветра вызывает импульсные пересоединения в хвосте магнитосферы и задержка активизации сияний в Барецбурге фактически является сжатой до 7 мин. предварительной фазой суббури.

Зарегистрировано очень редкое явление - воздействие СМЕ на совершенно спокойную магнитосферу, таким образом, эффект воздействия можно было наблюдать «в чистом виде». При этом отчетливо проявились несколько физических явлений, которые практически невозможно обнаружить при воздействии СМЕ на возмущенную магнитосферу. В частности:

• отчетливо проявились резонансные колебания силовых линий магнитного поля;

• хорошо виден оптический эффект высыпания в ионосферу электронов радиационного пояса;

• обнаружилась 7-минутная задержка появления сияний в Баренцбурге, что, по-видимому, является характерным временем перестройки токовых систем магнитосферы.

Авторы благодарны сотрудникам 111И КНЦ РАН за проведение телевизионных и магнитных наблюдений в обсерваториях Ловозеро, Лопарская и Туманный. Данные по межпланетному магнитному полю и плазме солнечного ветра взяты на сайте http://cdaweb.gsfc.nasa.gov/cdaweb/istp_public/, магнитные данные скандинавской сети на сайте

http://www.ava. fini.fi/image/jpg.

1. Coronal mass ejections and large geomagnetic storms / J.T. Gosling, S.J. Bame, D.J. McComas, J.L. Phillips // Geophys. Res. Lett. 1990. Vol. 17. P. 901.2. Gosling J.T. Corotating and transient solar wind flows in three dimensions // Ann. Rev. Astron. Astrophys. 1996. V. 34. P. 35.3. Gosling J.T. Coronal mass ejections: An overview, in Coronal Mass Ejections. Geophys.Monogr. Ser., edited by N. Crooker, J. A. Joselyn, and J. Feynman, Washington, D. C. AGU. 1997. Vol. 99. P. 9.4. Hundhausen A.J. The Many Faces of the Sun: A Summary of the Results From NASA's Solar Maximum Mission, edited by K. T. Strong et al., Springer, New York. 1999. P. 143.

Сведения об авторах

Корнилова Татьяна Андреевна - к.ф.-м.н., ст. научный сотрудник; e-mail: kornilova@pgia.ru Корнилов Илья Александрович - к.ф.-м.н., ст. научный сотрудник; e-mail: kornilov@pgia.ru

Выводы

Работа поддержана Р И грант 12-05-00273.

Программами № 4 и № 22 Президиума Российской академии наук. Норвежским грантом КОКиЗСА 2.

ЛИТЕРАТУРА