Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область

Проанализированы результаты наблюдений за квазипериодическими вариациями геомагнитного поля вблизи г. Харькова в диапазоне периодов 1÷1000 с, которые сопровождали прохождение магнитосопряженного солнечного терминатора в 2002–2011 гг. Наблюдения проводились для летнего и зимнего сезонов. Обнаружены...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
1. Verfasser:	Черногор, Л.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2012
Schriftenreihe:	Радиофизика и радиоастрономия
Schlagworte:	Радиофизика геокосмоса
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98249
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область / Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 1. — С. 57–66. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-98249
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-982492016-04-11T03:02:28Z Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область Черногор, Л.Ф. Радиофизика геокосмоса Проанализированы результаты наблюдений за квазипериодическими вариациями геомагнитного поля вблизи г. Харькова в диапазоне периодов 1÷1000 с, которые сопровождали прохождение магнитосопряженного солнечного терминатора в 2002–2011 гг. Наблюдения проводились для летнего и зимнего сезонов. Обнаружены квазипериодические возмущения геомагнитного поля, которые опережали на 80÷100 мин момент прохождения солнечного терминатора над Харьковом на высоте 100 км. Период этих возмущений составлял 10÷12 мин, длительность – 50÷60 мин и амплитуда – 1÷2 нТл. Обосновано, что возмущения переносятся из магнитосопряженной области при помощи медленных магнитозвуковых волн. Проаналізовано результати спостережень за квазіперіодичними варіаціями геомагнітного поля поблизу м. Харкова в діапазоні періодів 1÷1000 с, які супроводжували проходження магнітоспряженого сонячного термінатора у 2002–2011 рр. Спостереження виконувались для літнього та зимового сезонів. Виявлено квазіперіодичнізбурення геомагнітного поля, що випереджували на 80÷100 хв момент проходження сонячного термінатора над Харковом на висоті 100 км. Період цих збурень складав 10÷12 хв, тривалість – 50÷60 хв і амплітуда – 1÷2 нТл. Обґрунтовано, що збурення переносяться із магнітоспряженої областіза допомогою повільних магнітозвукових хвиль. This paper analyzes quasi-periodic geomagnetic field variations in 1÷1000 s period range which are connected with the magnetoconjugate solar terminator action in 2002–2011. The measurements have been made near Kharkiv city. The processing was made separately for summer and winter seasons. Magnetoconjugate solar terminator causes the perturbations relatively to the solar terminator moving at the height of 100 km with the lead time 80÷100 min. Dominant periods were 10÷12 min and the duration was 50÷60 min. Their amplitudes attain a value of 1÷2 nT. These variations are transferred from magnetoconjugate region by slow magnetoacoustic waves. 2012 Article Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область / Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 1. — С. 57–66. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 1027-9636 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98249 550.385.37: 550.388 ru Радиофизика и радиоастрономия Радіоастрономічний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса
spellingShingle	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса Черногор, Л.Ф. Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область Радиофизика и радиоастрономия
description	Проанализированы результаты наблюдений за квазипериодическими вариациями геомагнитного поля вблизи г. Харькова в диапазоне периодов 1÷1000 с, которые сопровождали прохождение магнитосопряженного солнечного терминатора в 2002–2011 гг. Наблюдения проводились для летнего и зимнего сезонов. Обнаружены квазипериодические возмущения геомагнитного поля, которые опережали на 80÷100 мин момент прохождения солнечного терминатора над Харьковом на высоте 100 км. Период этих возмущений составлял 10÷12 мин, длительность – 50÷60 мин и амплитуда – 1÷2 нТл. Обосновано, что возмущения переносятся из магнитосопряженной области при помощи медленных магнитозвуковых волн.
format	Article
author	Черногор, Л.Ф.
author_facet	Черногор, Л.Ф.
author_sort	Черногор, Л.Ф.
title	Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область
title_short	Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область
title_full	Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область
title_fullStr	Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область
title_full_unstemmed	Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область
title_sort	геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Радиофизика геокосмоса
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98249
citation_txt	Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область / Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 1. — С. 57–66. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT černogorlf geomagnitnyepulʹsaciisoputstvovavšiedviženiûsolnečnogoterminatoračerezmagnitosoprâžennuûoblastʹ
first_indexed	2025-07-07T06:14:52Z
last_indexed	2025-07-07T06:14:52Z
_version_	1836967676256190464
fulltext	ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 1, 2012 57 Радиофизика и радиоастрономия. 2012, Т. 17, № 1, c. 57–66 Л. Ф. ЧЕРНОГОР Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61022, Украина E-mail: Leonid.F.Chernogor@univer.kharkov.ua ÃÅÎÌÀÃÍÈÒÍÛÅ ÏÓËÜÑÀÖÈÈ, ÑÎÏÓÒÑÒÂÎÂÀÂØÈÅ ÄÂÈÆÅÍÈÞ ÑÎËÍÅ×ÍÎÃÎ ÒÅÐÌÈÍÀÒÎÐÀ ×ÅÐÅÇ ÌÀÃÍÈÒÎÑÎÏÐßÆÅÍÍÓÞ ÎÁËÀÑÒÜ Проанализированы результаты наблюдений за квазипериодическими вариациями геомагнитного поля вблизи г. Харько- ва в диапазоне периодов 1 1000÷ с, которые сопровождали прохождение магнитосопряженного солнечного термина- тора в 2002–2011 гг. Наблюдения проводились для летнего и зимнего сезонов. Обнаружены квазипериодические возму- щения геомагнитного поля, которые опережали на 80 100÷ мин момент прохождения солнечного терминатора над Харьковом на высоте 100 км. Период этих возмущений составлял 10 12÷ мин, длительность – 50 60÷ мин и амплитуда – 1 2÷ нТл. Обосновано, что возмущения переносятся из магнитосопряженной области при помощи медленных магнитозвуковых волн. Ключевые слова: солнечный терминатор, магнитосопряженная область, геомагнитные пульсации, статистичес- кий анализ, магнитозвуковые волны УДК 550.385.37: 550.388 © Л. Ф. Черногор, 2012 1. Ââåäåíèå В настоящее время существование эффекта ге- нерации солнечным терминатором (СТ) квазипе- риодических возмущений в атмосфере и ионос- фере не вызывает сомнений [1–9]. В работах [10, 11] изучены квазипериодичес- кие возмущения геомагнитного поля, сопровож- давшие движение СТ. При этом нередко наблю- дались квазипериодические возмущения геомаг- нитного поля, опережавшие прохождение СТ. Основные параметры этих возмущений были близ- ки к параметрам геомагнитных эффектов СТ, опи- санных в [10, 11]. Было сделано предположение, что эти эффекты могут быть вызваны прохожде- нием СТ через магнитосопряженную область (МCО). Заметим, что апериодические эффекты, свя- занные с МСО, исследуются с 1960-х гг. При этом детально рассматривались потоки заряжен- ных частиц и тепла, переносимые вдоль магнит- ных силовых линий. Квазипериодические эффек- ты, имеющие место в магнитной силовой трубке, также изучены достаточно хорошо (см., напри- мер, [12]). Значительно хуже изучены квазипе- риодические процессы в месте наблюдения, выз- ванные движением магнитосопряженного солнеч- ного терминатора (МСТ). В работах [13, 14] на основе данных, получен- ных при помощи глобальной сети GPS, обнаруже- ны перемещающиеся в ионосфере волновые па- кеты, длительностью 1 2÷ ч, проявляющиеся в форме узкополосных колебаний полного элект- ронного содержания. Для серии измерений в лет- ние сезоны были зарегистрированы эффекты, появляющиеся за 1.5 2÷ ч до появления СТ над точкой регистрации. Периоды возмущений со- ставляли 10 30÷ мин. Авторы объясняют эти воз- мущения движением МСТ. Они предположили, что возмущения полного электронного содержа- ния переносятся из МСО к месту наблюдения при помощи МГД-волн. Используемый в настоя- щей работе магнитометрический метод более предпочтителен (как метод, который в ряде слу- чаев непосредственно регистрирует проявления МГД-волн) для регистрации эффектов МГД-волн, чем метод регистрации волновых возмущений полного электронного содержания. Последний метод является косвенным и интегральным и не позволяет прямо изучать МГД-волны. Конечно, регистрируемые на поверхности земли колеба- ния геомагнитного поля не всегда связаны с рас- пространением МГД-волн. Но если эти колеба- ния связаны с МГД-волной, их амплитуда про- порциональна амплитуде волны. В любом случае магнитометрические измере- ния эффектов МСТ имеют самостоятельную ценность и могут существенно дополнять ионос- ферные эффекты МСТ. Целью настоящей работы является выявле- ние и анализ квазипериодических возмущений, ге- нерируемых прохождением СТ через магнитосоп- 58 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 1, 2012 Л. Ф. Черногор ряженную область, по результатам наблюдений флуктуаций геомагнитного поля в диапазоне пе- риодов 1 1000÷ с вблизи г. Харькова в характер- ные геофизические сезоны. 2. Ñðåäñòâà è ìåòîäû Несерийный высокочувствительный магнитомет- флюксметр, включенный в состав программно- аппаратного комплекса, размещен в обсерватории Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина (с. Граково, Чугуевский район, Харьковская обл.) [15]. Его географические коор- динаты: 49 40′° с. ш., 36 50′° в. д.; геомагнитные координаты: 53.6 ,+ ° 127 .° Географические коор- динаты МСО: 36.5° ю. ш., 52.2° в. д.; геомаг- нитные координаты: 43.6 ,− ° 128.3 .° Магнитометр-флюксметр измеряет уровень флуктуаций геомагнитного поля. Его чувствитель- ность определяется уровнем шумов, которые составляют 0.5 500÷ пТл в диапазоне периодов 1 1000T ≈ ÷ с. Хорошо известно, что при увели- чении T от единиц до 1000 с амплитуда геомаг- нитных пульсаций увеличивается на несколько порядков. Амплитудно-частотная характеристика маг- нитометра-флюксметра имеет вид, показанный на рис. 1. При 300T ≥ c она убывает пропор- ционально 1.T − При восстановлении входного сиг- нала в рабочем диапазоне периодов с учетом ам- плитудно-частотной характеристики основной вклад в уровень флуктуаций геомагнитного поля дают колебания с 300 1000T ≈ ÷ c (рис. 2). Добавим, что, в диапазоне периодов 100 1000÷ с отклик магнитометра-флюксметра на геомагнит- ное возмущение примерно в 2 20÷ раз слабее, чем на аналогичное возмущение в диапазоне 10T ≈ с. Тем не менее этот отклик более чем на порядок превышает шум квантования использо- ванного аналого-цифрового преобразователя и тем более внутренние шумы активных датчиков маг- нитометра. Детальное описание прибора здесь не приводится во избежание повторений. Ограни- чимся ссылкой на работы, в которых такое опи- сание уже имеется, [15, 16]. Методики анализа временных вариаций уров- ня геомагнитных колебаний аналогичны описан- ным авторами в работах [10, 11]. Для исследований возмущений, вызванных движением МСТ, целесообразно выбрать два характерных сезона: вблизи зимнего и летнего солнцестояний. Анализировались результаты на- блюдений в 2002–2011 гг. Для каждого сезона число реализаций достигало 90. Именно в эти сезоны целесообразно наблюдать предполагае- мые эффекты, так как момент прохождения МСТ опережает момент прохождения утреннего (зи- мой) и вечернего (летом) СТ над Харьковом на 4 5÷ ч и реакции от МСТ и СТ не наклады- ваются. Определению подлежали времена опе- режения ожидаемой реакции геомагнитного поля на прохождение МСТ на высоте 100 км, ее про- должительность и спектральный состав возни- кающих возмущений. Как показало изучение реакции геомагнитных пульсаций на движение СТ в месте наблюдения, с существенным временным запаздыванием про- исходило изменение характера магнитометричес- ких сигналов (спектрального состава, амплиту- ды, квазипериода и начальной фазы колебаний) [11, 12]. Подобные эффекты ожидались при дви- жении МСТ. При визуальном анализе колебаний геомагнитного поля изменение характера сигна- ла считалось существенным, если амплитуда или период колебания изменялись не менее чем на 15 20 %.÷ Вопрос о критериях обнаружения тре- бует дополнительного комментария. В геофизике в отличие от радиолокации, где параметры излу- чаемого сигнала априори известны, чаще всего приходится выявлять сигнал визуально. Дело в том, что “портрет” ожидаемого сигнала извес- тен лишь приближенно. Его параметры суще- ственно изменяются от события к событию. Применительно к реакции геомагнитного поля на движение МСТ это выглядит так. Из предва- Рис. 1. Амплитудно-частотная характеристика магнитомет- ра-флюксметра (отклик прибора на монохроматическое маг- нитное колебание амплитудой 5 нТл) ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 1, 2012 59 Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область рительного анализа достаточно большого масси- ва данных ориентировочно было установ- лено время появления цуга колебаний с периодом 10 12÷ мин длительностью около 50 60÷ мин и амплитудой 1 2÷ нТл. Выявлению этих ориен- тировочных параметров отклика и посвящена на- стоящая работа. Разумеется, что после анализа значительно большего массива данных можно будет уточнить “портрет” отклика и построить его обнаружитель на формальной основе. Естественно, автор не ограничивался только визуальным анализом. Применялись также спек- тральный и статистический анализы. О право- мерности и адекватности визуального анализа (как и его критериев) в конечном итоге свиде- тельствуют результаты статистического анализа. При поиске реакции геомагнитных пульсаций на движение МСТ возникает вопрос, от какого мо- мента времени отсчитывать ожидаемую реакцию. При движении вечернего СТ в месте наблюде- ния время запаздывания удобно отсчитывать от момента захода Солнца на уровне земли [10, 11]. При движении утреннего СТ в месте наблюдения отсчет от момента восхода Солнца на том же уровне нецелесообразен хотя бы потому, что ре- акция наступает раньше, чем восход Солнца на уровне земли. Геомагнитные пульсации в ди- апазоне периодов 300 1000÷ с, сопровождающие движение СТ, вызваны модуляцией токовой струи [10, 12]. Последняя концентрируется на высоте 100z ≈ км. Тогда при определении времени запаз- дывания реакции геомагнитного поля на движение утреннего терминатора целесообразно отсчет вре- мени вести от “симметричной” по отношению к 100z ≈ км высоты, равной 200 км. Исходя из высказанных соображений отсчет времени наступления реакции геомагнитных пуль- саций от движения МСТ удобно вести от момен- та появления реакции геомагнитных пульсаций в месте наблюдения, совпадающего с моментом прохождения СТ через максимум токовой струи. Считалось, что ее центр расположен на высоте 100 км. Периоды квазипериодических процессов опре- делялись при помощи системного спектрального анализа, включающего в себя оконное преобра- зование Фурье (ОПФ), адаптивное преобразова- ние Фурье (АПФ) и вейвлет-преобразование (ВП) на основе вейвлета Морле, детально описанного в работах [9, 17, 18]. Кроме динамических спек- тров, вычислялись энергограммы, представляю- щие собой распределение средней энергии коле- баний по периодам. Все три преобразования, как это и должно быть, дают примерно одну и ту же информацию о спек- тральном составе геомагнитных пульсаций. Од- нако, как продемонстрировано в [9, 17, 18], ОПФ обладает лучшей разрешающей способностью по Рис. 2. Пример временных вариаций H- и D-компоненты геомагнитного поля 14 августа 2011 г. в различных диапазонах периодов (панели сверху вниз): 1 1000÷ с, 1 20÷ с, 20 100÷ с, 100 300÷ с и 300 1000÷ с 60 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 1, 2012 Л. Ф. Черногор времени, АПФ – по периодам, ВП позволяет на- глядно выявлять волновые пакеты и прослеживать динамику преобразования колебаний с одними периодами в колебания с другими периодами. В целом, ОПФ, АПФ и ВП дополняют друг друга. 3. Ðåçóëüòàòû íàáëþäåíèé Для примера рассмотрим два случая прохож- дения МСТ, в зимний и летний сезоны. Время опережения реакции геомагнитного поля отсчиты- вается от момента восхода (захода) Солнца на вы- соте 100 км над уровнем земли в месте располо- жения обсерватории. Для примера на рис. 3. приведены временные вариации уровней горизонтальных компонент гео- магнитного поля и их спектров, наблюдавшиеся 9 декабря 2006 г. Восход Солнца имел место вбли- зи г. Харькова на высоте 100 км в 04:07 (здесь и далее используется время UT). Изменения ха- рактера сигнала в D-компоненте имели время опережения восхода Солнца на высоте 100 км, примерно равное 90 мин, и продолжительность 50 мин. Как видно из результатов спектрального анализа, преобладающие периоды составляли около 7 и 15 мин. Возмущения в Н-компоненте, менее заметные по сравнению с возмущениями в D-компоненте, имели время опережения 80 мин и продолжительность около 45 мин. Периоды составляли 10 13÷ мин. Эти возмущения прояв- лялись как изменение периода существовавших до этого момента волновых процессов в геомаг- нитном поле и увеличение амплитуды в 1.5 2÷ раза в обеих компонентах сигнала. В этот день для D-компоненты эффекты выражены более ярко. Временные вариации уровней горизонтальных компонент геомагнитного поля и их спектров, сопровождавшие движение вечернего СТ в лет- нее время, приведены на рис. 4. Заход Солнца на высоте 100 км над уровнем земли 20 июля 2008 г. наблюдался в 18:58. Эффекты, выражен- ные в изменении амплитуды и периода продол- жительностью около 60 мин, наблюдались со временем опережения 85 мин в D-компоненте. В Н-компоненте имело место возмущение со временем опережения 90 мин и продолжительно- Рис. 3. Временные вариации H- и D-компоненты (панели а и б соответственно) геомагнитного поля, результаты ОПФ, АПФ, ВП и энергограммы (справа) в диапазоне периодов 100 1000÷ с, сопровождавшие прохождение солнечного термина- тора через магнитосопряженную область 9 декабря 2006 г. Сплошной вертикальной линией показан момент восхода Солнца на высоте 100 км вблизи г. Харькова ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 1, 2012 61 Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область стью 40 мин. Преобладающие периоды состав- ляли 7 9÷ и 13 15÷ мин для Н- и D-компоненты сигнала соответственно. Более четко возмуще- ния регистрировались в D-компоненте. Визуальный анализ изменения характера ва- риаций геомагнитного поля для отдельных суток не дает полной уверенности в том, что эти вари- ации вызваны движением МСТ. Бóльшую уверен- ность дает статистический анализ. 4. Ðåçóëüòàòû ñòàòèñòè÷åñêîãî àíàëèçà Для статистического анализа выбирались сутки, отстоящие от дней солнцестояний не более чем на 15± суток. Статистическому анализу подлежали основные параметры ожидаемой реакции геомагнитного поля (времена опережения, продолжительности и периоды) на прохождение солнечного термина- тора на высоте 100 км для летнего и зимнего сезонов. Ненормированные гистограммы (далее, для краткости, гистограммы) времен опережения ре- акции геомагнитного поля на прохождения утрен- него и вечернего СТ приведены на рис. 5, а. Из рисунка видно, что в летний сезон СТ сопут- ствовали возмущения с временами опережения 80 100÷ мин относительно момента захода Сол- нца на высоте 100 км. В зимний сезон времена опережения составляли 70 100÷ мин относитель- но момента восхода Солнца на высоте 100 км. Для сравнения на рис. 5, б приведены аналогич- ные гистограммы для контрольных интервалов времени. Выделение подобных эффектов про- водилось относительно полдня и полночи (по местному времени) соответствующих суток. Обработка также выполнена для 2002–2011 гг. Число выборок показано на гистограммах. Анализируя рисунки, можно сделать вывод, что экспериментальный закон распределения значе- ний времен опережения появления геомагнитных пульсаций в рассматриваемые интервалы време- ни существенно отличается от равномерного за- кона распределения. Для количественной харак- теристики этих отличий применялся критерий Пирсона 2,χ имеющий вид (см., например, [19]): 2 2 0 ( ) , m i n i pN p= μ −χ = ∑ где iμ – частота попадания значения времен опере- жения в i-й интервал в “возмущенные” и контроль- Рис. 4. То же, что и на рис. 3, для 20 июля 2008 г. Сплошной вертикальной линией показан момент захода Солнца на высоте 100 км вблизи г. Харькова 62 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 1, 2012 Л. Ф. Черногор ные интервалы времени, m – количество рас- сматриваемых интервалов, nN – общее число со- бытий проверяемого закона, max min1 ( )p t t= Δ − Δ – плотность вероятности для равномерного закона, mintΔ и maxtΔ – соответственно минимальное и максимальное значения анализируемых времен опережения. Расчеты показали, что для обоих сезонов зна- чения 2χ были достаточно большими, чтобы с необходимой степенью вероятности (95 %) ут- верждать, что имеет место существенное отли- чие экспериментальных законов распределения для интервалов времени, предшествующих про- хождению СТ, от равномерного закона распреде- ления (табл. 1). Для подтверждения предположения о справед- ливости равномерного закона распределения в контрольные интервалы времени проверялась гипотеза о соответствии экспериментального закона распределения в эти интервалы времени равномерному закону распределения. Как видно из табл. 1, значения 2χ попадают в интервал 2 2 0.95.χ < χ Следовательно, гипотеза о равномер- ном распределении в контрольные интервалы времени для зимнего и летнего СТ принимается. Это значит, что отсутствует какая-либо законо- Рис. 5. Гистограммы времен опережения ( )tΔ появления волновых возмущений по отношению к моменту времени прохож- дения СТ на высоте 100 км (а) и для контрольных интервалов времени (б) ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 1, 2012 63 Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область мерность во временах опережения волновых воз- мущений в контрольные интервалы времени. Результаты статистической обработки масси- вов значений времен опережения, продолжитель- ностей и периодов колебаний для различных се- зонов, а также оценка среднеквадратических отклонений параметров возмущений приведены в табл. 2. Из таблицы видно, что средние продол- жительности эффектов составляли около 55 мин. Периоды возмущений изменялись в пределах от 10 до 12 мин. Средние времена опережения равнялись (89 2)± мин и (97 2)± мин для зимне- го и летнего сезонов соответственно. Им соот- ветствовали времена запаздывания реакции по отношению к прохождению МСТ, равные 140 170÷ мин и 200 220÷ мин для зимнего и летнего сезонов соответственно. При этом учи- тывалось опережение момента прохождения МСТ относительно момента прохождения СТ. Добавим, что амплитуды возмущений как в летний, так и в зимний сезоны составляли 1 2÷ нТл. 5. Îáñóæäåíèå Проведены наблюдения за вариациями уровня геомагнитного поля, сопровождавшие прохожде- ние СТ через магнитосопряженную область в ха- рактерные сезоны. Замечено, что в большинстве случаев (80 %) визуально наблюдались заметные изменения характера сигналов, которые обычно регистрировались как изменение периода вре- менных вариаций горизонтальных компонент гео- магнитного поля и увеличение (в ряде случаев подавление) уровня существующих волновых процессов в 1.5 2÷ раза. В остальных 20 % слу- чаев визуальный анализ не позволял говорить ни о наличии реакции геомагнитного поля на дви- жение МСТ, ни о ее отсутствии. Для оценки основных параметров волновых возмущений применялся системный спектраль- ный анализ. Оценены такие статистические ха- рактеристики, как времена опережения, продол- жительность и преобладающие периоды реакции геомагнитного поля на прохождение СТ в магни- тосопряженной области. Реакция представляла собой квазипериодический волновой процесс с пре- обладающими периодами примерно 10 12÷ мин, длительностью около 50 60÷ мин и амплитудой 1 2÷ нТл. Для подтверждения наличия эффектов МСТ и получения статистических оценок основных па- раметров волновых процессов был проведен ста- тистический анализ полученного массива данных. Была проведена также аналогичная обработка для контрольных интервалов времени (“невоз- мущенных” МСТ). Оказалось, что эксперимен- тальный закон распределения значений времен опережения появления волновых возмущений в анализируемые интервалы времени существенно отличается от аналогичного закона для конт- рольных интервалов времени. Последний близок к равномерному закону распределения. Наблюдаемые эффекты имели время запаз- дывания 200 220÷ мин по отношению к моменту прохождения СТ через МСО в летнее время и 140 170÷ мин в зимнее. Далее оценим характерную скорость переноса возмущений. Длина магнитной силовой трубки S для Харькова оценивается в 22000 км. Зная дли- ну этой трубки и время запаздывания возму- щений tΔ в месте наблюдения по отношению Таблица 1. Результаты расчетов критерия 2χχχχ для гипотезы 1 (законы распределения времен опережения в “возму- щенные” интервалы времени не отличаются от равномерного закона распределения) и гипотезы 2 (в контрольные интервалы времени имеет место равномерный закон распределения) Гипотеза 1 Гипотеза 2 Сезон N 2 экспχ 2 0.95χ 2 0.99χ Сезон N 2 экспχ 2 0.95χ 2 0.99χ Зима 184 105.9 16.9 21.7 Зима 75 2.9 16.9 21.7 Лето 169 59.1 16.9 21.7 Лето 103 9.3 18.3 23.2 Таблица 2. Статистические характеристики основных параметров возмущений, сопутствовавших СТ Зима 88.9 2.0± 57.7 3.6± 11.3 0.4± Лето 97.2 1.8± 55.2 2.3± 10.4 0.2± Сезон Время опережения, мин Продолжительность, мин Период, мин 64 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 1, 2012 Л. Ф. Черногор к моменту прохождения МСТ на высоте 100 км, можно оценить среднюю скорость v переноса воз- мущений из МСО. Для летнего времени средняя скорость переноса возмущений 1.7 1.8v = ÷ км/с, для зимнего 2.2 2.6v = ÷ км/с. Возникает вопрос, каким образом возмущения переносятся из МСО. Скорее всего, они перено- сятся вдоль магнитной силовой линии при помо- щи волн с периодом 7 15÷ мин. Такой период и близкую к вычисленной скорость (1.7 2.6÷ км/с) имеют медленные магнитозвуковые волны в не- изотермической плазме. Их скорость дается хоро- шо известным соотношением (см., например, [20]): ( ) ,e i s i k T Tv M += где eT и iT – температуры электронов и ионов, iM – масса иона, k – постоянная Больцмана. На уровне нижней границы ионосферы ( 100z ≈ км), где 300e iT T≈ ≈ К и 264.9 10iM −≈ ⋅ кг, скорость 0.4sv ≈ км/с. При увеличении eT и ,iT а также при уменьшении iM скорость sv постепенно уве- личивается и достигает наибольшего значения в вершине силовой трубки, которая находится на вы- соте около 6 тыс. км над поверхностью земли. Здесь 6000 7000eT ≈ ÷ К, 4000 5000iT ≈ ÷ К, 271.7 10iM −≈ ⋅ кг, а max 9.1 9.9sv ≈ ÷ км/с. Поэто- му среднее арифметическое вдоль силовой труб- ки значение sv составляет около 5 км/с. Заметим, что оцененная в работе [21] скорость составляла около 6 км/с. Необходимо иметь в виду, что при 1.5e iT T ≈ медленные магнитозвуковые волны заметно за- тухают. Если момент запаздывания возмущений отсчи- тывать не от момента прохождения МСТ на высоте 100 км, а от момента его прохождения на высоте 400 км (где, как известно, становятся определяющими процессы переноса вдоль маг- нитной силовой линии), времена запаздывания для вечернего терминатора уменьшаются примерно на 60 мин, а для утреннего терминатора увеличи- ваются на столько же. При этом времена запаз- дывания составят 140 160÷ мин и 200 230÷ мин для вечернего и утреннего терминаторов соот- ветственно. Тогда средние скорости переноса возмущений при 22000S ≈ км составят 2.3 2.6÷ и 1.6 1.8÷ км/с. Эти оценки скорости также близ- ки к полученным выше. Оцененная автором из экспериментов скорость v оказалась несколько ниже .sv Это может быть связано с тем, что для генерации медленной маг- нитозвуковой волны требуется определенное вре- мя развития. Кроме того, среднее арифметичес- кое значение скорости не лучшим образом опи- сывает время запаздывания цуга волн. При помощи магнитометра лучше всего на- блюдались колебания с периодами 10 12÷ мин. Колебания с 5 7T ≈ ÷ мин регистрировались менее уверенно. Укажем, что примерно такие же периоды наблюдались и авторами [13]. В этой работе относительная амплитуда возмущений концентрации электронов 0N Nδ (точнее, полно- го электронного содержания) составляла около 310 .− Учитывая, что в МГД-волне 0 0 ,B B N Nδ ≈ δ следовало ожидать, что относительные возмуще- ния геомагнитного поля на высотах ионосферы в волне будут порядка 310 .− При значении индукции геомагнитного поля 0B в средних широтах на ионосферных высотах, равном 53 10−⋅ Тл, получим на тех же высотах 30Bδ ≈ нТл. За счет транс- формации медленной магнитозвуковой волны на границе плазмы при наземных наблюдениях амп- литуда колебаний геомагнитного поля в диапазо- не периодов 7 15÷ мин уменьшается на 1 1.5÷ порядка [22]. По этой причине в экспериментах амплитуда этих колебаний не превышала 1 2÷ нТл. Добавим, что, кроме медленной магнитозвуко- вой волны, из МСО могли приходить еще две вол- ны – альвеновская и быстрая магнитозвуковая. Их скорости даются соответственно следующи- ми соотношениями (см., например, [20]): cos ,a Av v= α 0 0 ,A i Bv M N = μ где 0B – индукция геомагнитного поля, 0μ – маг- нитная постоянная, N – концентрация электронов и ионов, α – угол между направлением распрост- ранения волны и вектором 0.B При 0α = обе вол- ны распространяются с альвеновской скоростью, которая близка к 1000 км/с. Такой скорости соот- ветствует время распространения волны вдоль магнитной силовой трубки 22AT S vΔ ≈ ≈ с. Естественно, что такие геомагнитные пульсации также наблюдались при помощи описанного выше магнитометра. Поскольку амплитуда этих пуль- ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 1, 2012 65 Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область саций на 1 2÷ порядка меньше, чем амплитуда колебаний с 10T ≈ мин, в настоящей работе быс- трая (со скоростью )Av реакция на движение МСТ не рассматривается. Таким образом, в настоящей работе при помо- щи магнитометрических измерений впервые об- наружены проявления волн, сопутствовавших прохождению СТ через магнитосопряженную область. Скорее всего, такой волной является медленный магнитный звук. Магнитометричес- кие измерения соответствуют результатам ионос- ферных наблюдений [13, 14]. 6. Âûâîäû 1. Проведены исследования реакции геомагнит- ного поля в диапазоне периодов 5 15÷ мин на про- хождение МСТ в летнее и зимнее время года. Установлено, что в большинстве случаев (80 %) визуально наблюдалось изменение характера магнитометрических сигналов (генерация квази- периодических возмущений), сопутствовавшее прохождению терминатора через МСО. 2. Оказалось, что квазипериодические воз- мущения от МСТ в летние и зимние сезоны в целом подобны. 3. Проведенный системный спектральный ана- лиз при помощи ОПФ, АПФ и ВП позволил оце- нить основные параметры характерных квазипе- риодических процессов. Периоды преобладаю- щих колебаний обычно составляли 10 12÷ мин, их продолжительности – 50 60÷ мин и времена опережения – 80 100÷ мин. Таким временам опе- режения соответствовали времена запаздывания реакции геомагнитного поля на прохождение МСТ, равные 30 60÷ мин и 100 120÷ мин для зимнего и летнего сезонов соответственно. Сопровождав- шие прохождение МСТ геомагнитные пульсации имели амплитуды 1 2÷ нТл. 4. Продемонстрировано, что вблизи момента прохождения МСТ для обоих сезонов значения критерия Пирсона 2χ были достаточно больши- ми, чтобы с необходимой степенью вероятности (95 %) утверждать, что имеет место существен- ное отличие экспериментального распределения времен опережений появления волновых возму- щений от равномерного законов распределения. 5. Проведенная аналогичная обработка для контрольных интервалов времени показала, что с вероятностью 95 % экспериментальный закон распределения времен опережений появления геомагнитных пульсаций относительно местного полдня и полночи в контрольные интервалы соот- ветствует равномерному закону распределения. 6. Относительно момента прохождения МСТ наблюдаемые квазипериодические возмущения геомагнитного поля над Харьковом имели време- на запаздывания 140 160÷ мин для летнего вре- мени и 200 230÷ мин для зимнего времени. Им соответствует характерная скорость переноса волновых возмущений, равная 2.2 2.6÷ км/с и 1.7 1.8÷ км/с для зимнего и летнего сезонов соответственно, т. е. для утреннего и вечернего терминаторов. Скорее всего, геомагнитные воз- мущения переносились при помощи медленных магнитозвуковых волн. Автор благодарен К. П. Гармашу и С. Г. Леусу за проведение систематических магнитомет- рических измерений, С. В. Панасенко и М. А. Ша- моте – за помощь в обработке данных наблю- дений и оформлении рукописи, а рецензенту – за доброжелательную критику, способство- вавшую улучшению рукописи. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 01. Сомсиков В. М., Троицкий Б. В. Генерация возмущений в атмосфере при прохождении через нее солнечного тер- минатора // Геомагнетизм и аэрономия. – 1975. – Т. 15, № 5. – С. 856–860. 02. Сомсиков В. М. Солнечный терминатор и динамика атмосферы. – Алма-Ата: Наука, 1983. – 192 с. 03. Антонова В. П., Гусейнов Ш. Ш., Дробжев В. И., Зус- манович А. Г., Каримов К. А., Козин И. Д., Курманга- лиев Д. А., Лосовский Б. Я., Ляджин В. А. Комплексное экспериментальное исследование волн в атмосфере, генерируемых солнечным терминатором // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. – 1988. – Т. 24, № 2. – С. 134–143. 04. Сомсиков В. М. Волны в атмосфере, обусловленные солнечным терминатором // Геомагнетизм и аэроно- мия. – 1991. – Т. 31, № 1. – С. 1–12. 05. Сомсиков В. М. О генерации турбулентности атмосфе- ры солнечным терминатором // Геомагнетизм и аэро- номия. – 1992. – Т. 32, № 3. – С. 55–59. 06. Гоков А. М., Гритчин А. И. Влияние солнечного терми- натора на среднеширотную D-область ионосферы и ха- рактеристики частично отраженных КВ-сигналов и ра- диошумов // Геомагнетизм и аэрономия. – 1994. – Т. 34, № 2. – С. 169–172. 07. Бурмака В. П., Костров Л. С., Черногор Л. Ф. Статис- тические характеристики сигналов доплеровского ВЧ радара при зондировании средней ионосферы, возму- щенной стартами ракет и солнечным терминатором // Радиофизика и радиоастрономия. – 2003. – Т. 8, № 2. – С. 143–162. 66 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 1, 2012 Л. Ф. Черногор 08. Бурмака В. П., Таран В. И., Черногор Л. Ф. Волновые возмущения в ионосфере, сопутствовавшие стартам ракет на фоне естественных переходных процессов // Геомагнетизм и аэрономия. – 2004 – Т. 44, № 4. – С. 518–534. 09. Черногор Л. Ф. Современные методы спектрального анализа квазипериодических и волновых процессов в ионосфере: особенности и результаты экспериментов // Геомагнетизм и аэрономия – 2008. – Т. 48, № 5. – C. 681–702. 10. Черногор Л. Ф., Шамота М. А. Геомагнитные пульса- ции вблизи г. Харькова, сопровождавшие прохождение солнечного терминатора. Результаты спектрального анализа // Космічна наука і технологія. – 2009. – Т. 15, № 5. – С. 43–51. 11. Черногор Л. Ф., Шамота М. А. Геомагнитные пульса- ции вблизи г. Харькова, сопровождавшие прохождение солнечного терминатора. Результаты статистического анализа // Космічна наука і технологія. – 2009. – Т. 15, № 6. – С. 14–19. 12. Нишида А. Геомагнитный диагноз магнитосферы. – М.: Мир, 1980. – 304 с. 13. Afraimovich E. L. First GPS-TEC evidence for the wave structure excited by the solar terminator // Earth Planets Space. – 2008. – Vol. 60. – P. 895–900. 14. Afraimovich E. L., Edemsky I. K., Voeykov S. V., Yasuke- vich Yu. V., and Zhivetiev I. V. MHD Nature of Ionospheric Wave Packets Generated by the Solar Terminator // Geomagnetism and Aeromomy. – 2010. – Vol. 50, No. 1. – P. 79–95. 15. Гармаш К. П., Леус С. Г., Пазюра С. А., Похилько С. Н., Черногор Л. Ф. Статистические характеристики флук- туаций электромагнитного поля Земли // Радиофизика и радиоастрономия. – 2003. – Т. 8, № 2. – С. 163–180. 16. Гармаш К. П., Леус С. Г., Поднос В. А., Похилько С. Н., Тырнов О. Ф., Цымбал А. М., Черногор Л. Ф. Модер- низированный измерительный пункт Радиофизической обсерватории ХНУ имени В. Н. Каразина // Вісник Хар- ківського національного університету ім. В. Н. Каразіна. Радіофізика та електроніка. – 2010. – Т. 942, вып. 17. – С. 101–108. 17. Лазоренко О. В., Панасенко С. В., Черногор Л. Ф. Адап- тивное преобразование Фурье // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2005. – Т. 10, № 10. – С. 39–49. 18. Бурмака В. П., Панасенко С. В., Черногор Л. Ф. Совре- менные методы спектрального анализа квазипериоди- ческих процессов в геокосмосе // Успехи современной радиоэлектроники. – 2007. – № 11. – С. 3–24. 19. Худсон Д. Статистика для физиков. – М.: Мир, 1970. – 297 с. 20. Гершман Б. Н., Ерухимов Л. М., Яшин Ю. А. Волновые явления в ионосфере и космической плазме. – М.: Наука, 1984. – 392 с. 21. Huba J. D., Joyce G., and Fedder J. A. Ion Sound Wave in the Topside Low Latitude Ionosphere // Geophys. Res. Lett. – 2000. – Vol. 27, No. 19. – P. 3181–3184. 22. Погорельцев А. И., Бидлингмайер Е. Р. Численное моде- лирование структуры электромагнитных возмущений, обусловленных акустико-гравитационными волнами // Геомагнетизм и аэрономия. – 1992. – Т. 32, № 3. – С. 131–141. Л. Ф. Чорногор Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна ГЕОМАГНІТНІ ПУЛЬСАЦІЇ, ЩО СУПРОВОДЖУВАЛИ РУХ СОНЯЧНОГО ТЕРМІНАТОРА ЧЕРЕЗ МАГНІ- ТОСПРЯЖЕНУ ОБЛАСТЬ Проаналізовано результати спостережень за квазіперіодич- ними варіаціями геомагнітного поля поблизу м. Харкова в діапазоні періодів 1 1000÷ с, які супроводжували про- ходження магнітоспряженого сонячного термінатора у 2002–2011 рр. Спостереження виконувались для літнього та зимового сезонів. Виявлено квазіперіодичні збурення гео- магнітного поля, що випереджували на 80 100÷ хв момент проходження сонячного термінатора над Харковом на висоті 100 км. Період цих збурень складав 10 12÷ хв, тривалість – 50 60÷ хв і амплітуда – 1 2÷ нТл. Обґрунтовано, що збу- рення переносяться із магнітоспряженої області за допомо- гою повільних магнітозвукових хвиль. L. F. Chernogor V. Karazin National University of Kharkiv, 4, Svoboda Sq., Kharkiv, 61022, Ukraine GEOMAGNETIC PULSATIONS ACCOMPANIED THE SOLAR TERMINATOR MOVING THROUGH MAGNETOCONJUGATE REGION This paper analyzes quasi-periodic geomagnetic field variations in 1 1000÷ s period range which are connected with the magne- toconjugate solar terminator action in 2002–2011. The measure- ments have been made near Kharkiv city. The processing was made separately for summer and winter seasons. Magnetocon- jugate solar terminator causes the perturbations relatively to the solar terminator moving at the height of 100 km with the lead time 80 100÷ min. Dominant periods were 10 12÷ min and the duration was 50 60÷ min. Their amplitudes attain a value of 1 2÷ nT. These variations are transferred from magnetocon- jugate region by slow magnetoacoustic waves. Статья поступила в редакцию 16.09. 2011

Геомагнитные пульсации, сопутствовавшие движению солнечного терминатора через магнитосопряженную область

Institution

Ähnliche Einträge