СТРУКТУРНІ ОСОБЛИВОСТІ СУБАВРОРАЛЬНОЇ ІОНОСФЕРИ ПРИ ВИНИКНЕННІ ПОЛЯРИЗАЦІЙНОГО ДЖЕТУ - тема
Ціна:
Автори роботи:
Науковий журнал:
Рік виходу:
Текст наукової статті на тему «СТРУКТУРНІ ОСОБЛИВОСТІ СУБАВРОРАЛЬНОЇ ІОНОСФЕРИ ПРИ ВИНИКНЕННІ ПОЛЯРИЗАЦІЙНОГО ДЖЕТУ»
СТРУКТУРНІ ОСОБЛИВОСТІ СУБАВРОРАЛЬНОЇ ІОНОСФЕРИ ПРИ ВИНИКНЕННІ ПОЛЯРИЗАЦІЙНОГО ДЖЕТУ
Вузькі струмені швидких іонних дрейфів на захід поблизу проекції плазмопаузи на висотах області F вперше були зареєстровані на супутнику "Космос-184" та отримали назву "поляризаційний джет". У цій роботі досліджено вплив поляризаційного джету на структуру іоносфери за допомогою тривимірної моделі високоширотної іоносфери у разі виникнення сильних локальних електричних полів магнітосферного походження. Розрахунки показали, що на місці включення електричного поля формується вузький провал у широтному ході електронної концентрації максимуму F-області. Вузький провал більш виражений в ранні вечірні години, коли фонова концентрація електронів ще висока, і менш виражений при низьких рівнях фону в передпівнічний годинник. Зіставлення результатів розрахунків та експериментальних даних показало гарну їхню згоду, що дозволяє говорити про поляризаційний джет як про основний механізм формування вузьких провалів електронної концентрації в субавроральній іоносфері.
Вузькі струмені швидких іонних дрейфів на захід поблизу проекції плазмопаузи на висотах області F вперше були зареєстровані на радянському супутнику "Космос-184" та отримали назву "поляризаційний джет" (ПД) [Гальперін та ін., 1973; Galperin et al., 1974]. Надалі це явище було виявлено за спостереженнями з інших супутників, вимірювання наземних станцій некогерентного розсіювання радіохвиль, а також вимірювання іоносферних станцій [Smiddy et al., 1977; South-woodand Wolf, 1978; Spiro et al., 1979; Galperin et al., 1986; Філіппов та ін., 1987; 1989; Anderson et al., 1993; Foster et al., 1994; Karlsson et al., 1998; Халіпов та ін., 2001; Anderson et al., 2001; Galperin, 2002; Khalipov et al., 2003]. У деяких роботах для позначення ПД використовувалися терміни SAID (Sub-Auroral Ion Drift) та SAEF (SubAuroral Electric Fields).
Всі ці спостереження, якщо коротко їх підсумувати, показали, що
- на екваторіальній проекції ПД реєструється підвищене електричне поле північного спрямування напруженістю
600 - 2000 м / с) і більше, і різницею потенціалів через смугу
- Час формування ПД складає
5 - 10 хв в навколопівнічному MLT секторі після різкого зростання рівня геомагнітної збуреності;
- Ширина смуги ПД на іоносферних висотах становить 1-2 градуси;
— спостерігається західне переміщення розриву Харанга поблизу меридіана інжекції частинок кілька сотень кілометрів, що супроводжує ПД подія;
- педерсенівська провідність у субавроральній іоносфері оцінюється в
- час життя ПД у квазіспокійній стадії
- Смуга ПД локалізується у вечірньо-нічному MLT секторі;
- Частота появи ПД має пік у рівноденні місяці.
Основна ідея фізичного пояснення поляризаційного Джета була висунута в роботах [Smiddy et al., 1977; Southwood and Wolf, 1978]. Вона розглядає інжекцію енергійних іонів у внутрішню магнітосферу під час суббурі в навколопівнічному секторі та їх глибше проникнення у бік Землі в передпівнічному та вечірньому секторах внаслідок бетатронного прискорення іонів у їхньому дрейфовому русі за наявності західної електричної компоненти поля.
Відповідно до цієї моделі поляризаційний джет створюєтьсяелектричним полем, спрямованим до полюса, що генерується зарядами енергійних іонів на екваторіальній межі їх проникнення. У цьому випадку природно очікувати якнайшвидшого виникнення цього ефекту в око-
лополуночном секторі або, що точніше, біля меридіана інжекції. Далі, коли популяція інжектованих гарячих іонів дрейфує по довготі на захід, її запізнілий розвиток має спостерігатися у вечірньому секторі.
2. ДАНІ СПОСТЕРЕЖЕНЬ І МОДЕЛЬНІ РОЗРАХУНКИ
2.1. Іонозондові виміри
Експериментальні дослідження поляризаційного джету наземними методами пов'язані з певними труднощами, такими як складність інтерпретації отриманих даних та відсутність загальноприйнятої методики обробки. У порівнянні одночасних комплексних супутникових і наземних вимірів (за даними Якутської ланцюжка іоносферних станцій Якутськ-Жиганськ-Тікси) було виявлено, що поява смуги швидкого дрейфу іоносферної плазми на захід обумовлено розвитком інтенсивного (більше 30 мВ/м) спрямованого до полюса плазмопаузи [Galperin et al., 1986; Філіппов та ін., 1987; 1989; Халіпов та ін., 2001]. Таке поле призводить до формування вузьких (100-200 км) і глибоких (3-5), проявляється на добових f-графіках у вигляді різкого зниження критичних частот F2-шару ("зрив" частоти) і підвищення висоти h'F.
ня на станції ознак ПД. Інтервал спостереження ПД (з 9:15 до 10:00 UT) на малюнку відзначений відрізком прямої, під час якого "зрив" частоти склав
Непрямими ознаками ПД на іонограмах можуть бути поява дифузності та розшарування шарів, явище "лакуни" і наявність характерних відображень від області E (Ess - косий Es). Причому ці ознаки можуть спостерігатися разом або кожен окремозалежно від широти станції спостереження та рівня геомагнітної активності.
2.2. Результати розрахунків та зіставлення з експериментальними даними
У високих широтах важливу роль формуванні структури і динаміки іоносфери грає перенесення плазми. Тому в модельних розрахунках завжди ставиться завдання вирішення системи тривимірних моделюючих рівнянь, що враховують як вертикальне, так і горизонтальне перенесення іоносферної плазми. Використовувана нами математична модель області F високоширотної іоносфери з урахуванням розбіжності географічних та геомагнітних координат та урахуванням теплового режиму побудована на основі системи рівнянь гідродинаміки у змінних Ейлера. Іоносферна плазма в області висот 120-500 км може бути описана в гідродинамічному наближенні такими характеристиками: концентрацією іонів N(O+), електронів (Ne
N(O+), нейтральних складових та їх температурами, а також компонентами швидкостей O+ та електронів. Щільність Ne моделі залежить від потоку сонячного радіовипромінювання F10 7 і планетарного геомагнітного індексу Ap.
Докладніше тривимірна модель високоширотної іоносфери описана у наступних роботах: [Колесник і Голіков, 1982; Колесник та ін., 1993; Чернишов та Заболоцький, 1994; Голіков та ін., 2005]. У роботі [Голіков та ін, 1985] проведено зіставлення модельних розрахунків з експериментальними даними Якутського меридіонального ланцюжка іонозондів для зимових умов у період низької сонячної активності. Показано, що просторово-часовий розподіл електронної концентрації у максимумі області F має досить хорошу якісну та кількісну згоду з емпіричною моделлю, що говорить про адекватність тривимірної моделі високоширотної іоносфери.
У цій роботі проведено дослідження впливу поляризаційногоджета на структуру субав-оральної іоносфери за результатами чисельного моделювання. Для цього в модельних розрахунках додатково задавали параметри локальних електричних полів магнітосферного походження: електричне поле північного напрямку
Частота, МГц Висота, км
180 180 Мал. 3. Картини ізоліній рівної електронної концентрації N (одн. 104 см-3):
а – спокійний період рівнодення без включення додаткового локального електричного поля;
б, в, г - ізолінії при Е ^ рівному 25.5, 51 і 76.5 мВ/м, або при швидкостях західного дрейфу 500, 1000 і 1500 м/с.
шириною 1-2 градуси та значеннями поля від 5 до 100 мВ/м. Самі фонові модельні значення напруженості електричного поля Е± на субавральних широтах становлять близько 5 мВ/м.
Положення електричного поля може задаватись на певній широті та довготі (МЕГ). Для розрахунків на моделі розглядалися середньо-обурені інтервали геомагнітної активності (Кр = 3-5 або Ар 15) в умовах рівнодення.
Для подальшого читання статті необхідно придбати повний текст. Статті надсилаються у форматіPDFна вказану при оплаті пошту. Термін доставки становитьменше 10 хвилин. Вартість однієї статті -150 рублів.
Подібні наукові роботи на тему «Геофізика»
ДЕПУЄВ В.Х., ПАРРО М., РУЖИН Ю.Я., СМИРНОВ В.М. - 2014 р.
БОНДАР E.Д., СТЕПАНОВ А.E., ХАЛІПОВ В.Л. - 2008 р.
БЛАГОВЕЩЕНСЬКИЙ Д.В., КОРНІЄНКО В.А. - 2007 р.
КОРАБЛЄВА І.В., НАМГАЛАДЗЕ О.О., НАМГАЛАДЗЕ О.М. - 2008 р.