Электрические цепи возмущенной системы магнитосфера-ионосфера и их генераторы

{2} Электрическая цепь по определению состоит из генераторов и нагрузок , характеристики которых описываются условиями j ⋅ E <0 и j ⋅ E >0 соответственно . Такой подход обычен для проволочных цепей , но его применимость к токам в беспроволочной магнитосфе ре не очевидна . Здесь термины « проволочная цепь » и « беспроволочная цепь » заменяют более известные термины « цепь с сосредоточенными параметрами » и « цепь с распределенными параметрами ».

Если система содержит последовательно соеди ненные токи в магнитосфере , токи вдоль силовых линий ( ПТ , продольные токи ) и токи в ионосфере , то в такой системе должны быть нагрузки и генераторы , так как в ионосфере ток выделяет джоулево тепло . Таким образом , если известно , что система имеет магнитосферное происхождение , то возникает проти воречивая ситуация : с позиций МГД понятие генера тор теряет смысл , а в рамках аналогии магнитосфер ных и проволочных электрических цепей генератор существует и его параметры могут быть определены .

{3} Проблема обычно решается в пользу подхо да в рамках МГД . Источник энергии названной трехмерной цепи тока остается невыясненным при таком подходе , или же применение аналога магни тосферной системы токов и электрической цепи с генератором ведет к противоречиям с известными данными наблюдений и , например , с гипотезой пересоединения на дневной магнитопаузе [Heikkila, 1984]. Теоретическое обсуждение про блемы привело к выводу , что описание магнито сферных токов в рамках их аналогии с электриче скими цепями возможно , если электрическое поле и токи заданы из наблюдений [Parker, 1996; Parker, 2000; Vasyliunas, 2001].

{4} Однако в [Siebert, Siscoe, 2002] показано , что применение электрических цепей в физике магнито сферы не только возможно , но и необходимо для примирения данных наблюдений пересоединения на дневной магнитопаузе при южном ММП с данными о токе и электрическом поле вблизи магнитопаузы и в головной ударной волне . Другой случай описал Акасофу [Akasofu, 2004], используя наземные маг нитные измерения , технику инверсии магнитограмм KRM [Kamide, et al., 1981; Kamide, Baumjohann, 1993] и магнитные измерения во внутренней магни тосфере [Iijima, et al., 1990]. Приведенные данные под твердили , что токовые элементы в магнитосфере и ионосфере составляют цепь с генератором , который необходим , чтобы обеспечить потери в ионосфере .

В приведенных примерах основные ионосферные токи в возмущенном ночном авроральном овале – меридиональные . По разным причинам подобное предположение сделано в работах [Akasofu, 2004; Lui, Kamide, 2003; Liang, Liu, 2007; Mishin, et al., 2008]. Аналогично в статистических моделях ПТ суббури [Weimer, 2001; Papitashvili, et al., 2002; Gjerloev, Hoffman, 2001] меридиональные токи , замыкающие в ионосфере пары ПТ соседних зон 1 и 0 Ииджимы и Потемры , являются основными в области ночного аврорального овала . Эти факты ставят под сомнение первичную роль принятой в физике магнитосферных возмущений модели токо вого клина суббури (SCW, substorm current wedge) [McPherron, et al., 1973]. В названной модели основ ной вклад в систему токов возмущенного овала соз дают не меридиональные , а перпендикулярные им зональные токи SCW.

{5} Многочисленные примеры аналогии магнитосферных токов и токов в проволочных электриче- ских цепях дают двумерные карты распределения в ионосфере плотности ПТ, в которых учитываются три зоны ПТ Ииджимы и Потемры [Potemra, 1994] и дополнительные пространственные структуры в каждой зоне [Mishin, et al., 2004; Förster, et al., 2006]. Примеры таких карт показаны на рис. 1. Можно видеть пары противоположно направленных ПТ: втекающий ток в одной зоне и вытекающий в соседней. Пары противоположных ПТ замыкаются в проводящей ионосфере. Факт замыкания каждой пары показан на рис. 1 короткой жирной дугой. Каждая такая пара и соединяющий меридиональный ионосферный ток – звено электрической цепи, которое мы называем меридиональной токовой системой (MCS, meridional current system). Изучение MCS – новая научная проблема, активно обсуждаемая в литературе (например, [Akasofu, 2004; Lui, Kamide, 2003; Mishin, et al., 2008]). В настоящей статье вводятся три типа: MCS-0, MCS-1, и MCS-2.

Чтобы описать простейшие электрические цепи, содержащие наблюдаемые системы типа MCS, их продолжения в магнитосфере и предполагаемые генераторы, на которые замыкается каждая цепь, мы используем карты ПТ, показанные на рис. 1. Будут также учтены цепи, содержащие SCW и зональный ионосферный ток, соединяющий пару ПТ.

{6} Задача настоящей работы – показать , что да же простейшие варианты электрических цепей , по добных проволочным цепям в электротехнике , по зволяют выделить в возмущенной системе магнито сфера – ионосфера генераторы наблюдаемых элек трических полей и токов и обеспечивают компакт ное описание токов и их сложной динамики , а также качественно новое понимание физики возмущений .

В разделе 2 излагается оригинальная версия про странственной модели ПТ , которая основана на моде ли Ииджимы и Потемры , но содержит вместо трех девять областей втекающего и девять вытекающего ПТ . В разделе 3 описана система генераторов ПТ , в разделе 4 – принципиальные схемы электрических цепей , создаваемых в ионосфере и магнитосфере . Це пи включают MCS. Раздел 5 – обсуждение .

• 2.    Модель продольных токов

  {7} Мы используем мировую сеть наземных маг нитометров для вычисления двумерных карт эквива лентных ( ЭТ ) ионосферных и продольных токов . Вы числения выполняются на основе техники инверсии магнитограмм ( ТИМ ) [Kamide, et al., 1981; Förster,

б

а

δ j || =0.13

δ J e =25 к A

г

в

04:12 UT

061»

δ j || =0.18

27 августа 2001 г . *Cr

04:01 UT 61'

δ J e =30 к A

Рис . 1. Примеры типичных для суббурь карт ЭТ ( а , в ) и ПТ ( б , г ). Показаны восточная и западная авроральные элек троструи и замыкающий струйный ток вдоль границы зон 1 и 0. На картах ЭТ ( а , в ) показаны значения полного тока в фокусах отдельных вихрей ( в кА ). На картах ПТ ( б , г ) отмечен интервал δ j _|| ( мкА / м 2) между изолиниями плотности ПТ . Использовались значения Σ _Р =7 См , Σ _Н =14 См .

На картах ПТ ( б , г ) показаны границы трех зон Ииджимы и Потемры ( толстые линии ) и отмечены R.N- неоднородности плотности ПТ внутри каждой зоны . Штриховые изолинии – втекающий , сплошные изолинии – вытекающий из ионо сферы ПТ . Короткие жирные дуги соединяют центры областей втекающего и вытекающего ПТ двух соседних зон Иид - жимы и Потемры . Каждую пару ПТ замыкает ионосферный ток Педерсена , имеющий основную меридиональную ком поненту . Этот меридиональный ток и соответствующая пара ПТ составляют одну из MCS, отмеченных на рисунке .

et al., 2006; Mishin, 1990 и ссылки там ]. Примеры карт , полученных нами по данным ТИМ для загру зочной ( а и б ) и разгрузочной ( в и г ) фаз суббури 27 августа 2001 г ., приведены на рис . 1.

Жирными толстыми замкнутыми линиями на картах ПТ показаны границы трех зон Ииджимы и Потемры : околополюсной зоны 0, соседней зоны 1, и самой низкоширотной зоны 2. О методе определе ния границ можно прочитать в [Mishin, et al., 2001; 1997]. На картах ( рис . 1, в , г ) отмечены максимумы плотности ПТ внутри каждой зоны , обозначенные символами типа R.N+, R.N–. Здесь первая цифра , R=0, 1, 2, означает номер зоны по классификации Ииджимы и Потемры . Вторая цифра может прини мать значения N=1, 2, 3, где 1 означает сектор MLT вблизи полудня , 3 – вблизи полуночи , и 2 – проме жуточный сектор MLT. Например , символ 0.3+ обо значает ПТ зоны 0 (R0), втекающий в ночном секто ре ; символ 1.2– обозначает ПТ зоны R1, вытекаю щий из ионосферы в промежуточном секторе . При более общем подходе символ R.N не обязательно обозначает максимум плотности ПТ , но всегда обо значает область с определенным номером R зоны Ииджимы и Потемры и определенным номером N сектора MLT.

Отметим , что точность вычислений на основе ТИМ быстро уменьшается на широтах Ф <60° [Mishin, 1990; Mishin, et al., 2001; 1997]. Детали рас пределения ЭТ и ПТ на названных широтах в на стоящей статье не обсуждаются .

С описанными дополнениями каждая карта ПТ , показанная на рис . 1, содержит 9 структурных элементов вместо трех в модели Ииджимы и По - темры . Модель распределения плотности ПТ с R.N- неоднородностями впервые введена в рабо тах [Mishin, et al., 2004; Förster , et al., 2006]. Учет R.N- неоднородностей позволяет впервые ввести в рассмотрение генераторы и электрические це пи , в которых меридиональные ионосферные то ки связывают зону 1 с соседними зонами 2 и 0 ( см . разделы 3 и 4).

Геометрические параметры и интенсивности то ков на картах распределения ПТ , подобных рис . 1, зависят от условий в солнечном ветре ( СВ ), от типа и фазы возмущения . Однако основная описанная выше структура пространственного распределения плотности ПТ с R.N- неоднородностями сохраняется применительно к задачам , рассматриваемым ниже . Эта структура видна и на картах ПТ типичной ( стати стической ) суббури [Mishin, et al., 2001]. Типичной суббуре соответствуют также системы ЭТ типа DP2 на загрузке ( рис . 1, а ) и DP1 на разгрузке ( рис . 1, в ).

• 3.    Магнитосферные генераторы

{8} Три генератора и электрические цепи каж дого из них , изображенные на основе обнаружен ных R.N- структур , представлены схематически на рис . 2.

Показаны экваториальное сечение магнитосферы и сечение Земли с зонами R0, R1, R2, а также одно из поперечных сечений хвоста в Северном полуша- рии. Сплошные линии показывают ПТ и замыкающие их частичные кольцевые токи, обозначенные DRP-1 и DRP-2.

{9} Учитывая данные МГД - моделирования Сиско и др . [Siscoe, et al., 2000], мы принимаем на рис . 2, а , что при южном ММП в головной ударной волне возникает ток вечер – утро , который замыка ется противоположно направленным током на дневной магнитопаузе . Замыкающий ток имеет то же направление , что и ток Чепмена – Ферраро , но эти два тока , хотя они оба наблюдаются на дневной магнитопаузе , имеют разную природу . Ток Чепме на – Ферраро не только течет на магнитопаузе , но и замыкается в этом слое . Что же касается упомяну того замыкающего тока , Зиберт и Сиско [Siebert, Siscoe, 2002] обнаружили его генератор в головной ударной волне ( ГУВ ), показав , что в ГУВ при юж ном ММП выполняется условие j ⋅ E <0.

{10} Генератор Зиберта и Сиско создает ток в ГУВ в цепи без ПТ . В отличие от этого , мы использу ем опытные данные упомянутых выше R.N- структур . Они позволяют описать генератор , который располо жен на дневной магнитопаузе и создает цепи , замк нутые через ионосферу и потому содержащие ПТ . С этой целью мы принимаем , что наблюдаемая на рис . 2 пара ПТ (1.1+, 1.1–) ( зона 1, дневной сектор , N=1) втекает / вытекает из краев разрыва / уменьшения тока дневной магнитопаузы . Этот разрыв создается в мо дели наложением на основной ток утро – вечер плаз менного слоя ( ПС ) хвоста тока вечер – утро в генера торе , который мы будем называть дневным . Дневной генератор расположен в секторе N=1 и отмечен на рис . 2, а римской цифрой I.

{11} Другой генератор , названный ночным , схе матически показан на рис . 2, б . Мы принимаем , что этот генератор III ( по номеру сектора N=3) созда ется разрывом / уменьшением тока хвоста в ночном ПС хвоста . Как можно видеть , ночной разрыв об разует пару ПТ (1.3+, 1.3–) ( зона 1, сектор N=3). Предполагается , что размеры и расположение об ласти разрыва зависят от рассматриваемых типов и фаз возмущения .

{12} Оба генератора замыкаются через ионосферу . Поэтому каждый из них создает вклад в наблюдаемые электрическое поле и ионосферные токи при всех MLT и на всей площади трех зон Ииджимы и Потемры , хотя генератор I может быть основным в дневные , а генера тор III – в ночные часы . Мы принимаем также , что в промежуточном секторе N=2, как и во всех трех зонах Ииджимы и Потемры и соответствующих магнитных силовых трубках , электрическое поле и токи создают ся действием обоих названных генераторов и генера тора II, кратко описанного в разделе 5. Единую систе му генераторов , действующую в секторе N=2, как и в секторах N=1 и 3, мы будем обозначать буквой G.

Относительные вклады генераторов изменяются с переходом возмущения от дневного к ночному сектору и зависят от условий в СВ . Вклады генераторов I и II увеличиваются с ростом южного ММП , модуля ММ III B _y , динамического давления СВ . Вклад генератора III становится основным в ночном секторе на фазе

Рис . 2. Система трех генераторов в возмущенной магнитосфере . Показаны сечения северной половины хвоста в эк ваториальной и YZ- плоскостях , вид с вечерней стороны ( Солнце слева , ось X – к Солнцу , ось Y – с утра на вечер ). Штриховой линией 1 в экваториальной плоскости показан ток в ГУВ , замыкаемый током 2 на магнитопаузе . Стрелки , отмеченные римскими цифрами I и III, показывают направления токов в генераторах I и III. Цифрой II отмечено сечение объемного генератора II, в котором показана замкнутая цепь тока в мантии (Mantle), плазменном слое (PS) и низкоши ротном пограничном слое (LLBL). Концентрические круги в экваториальной плоскости ограничивают ионосферные зоны R0, R1 и R2 Ииджимы и Потемры . Сплошными толстыми линиями со стрелками показаны ПТ , вытекаю - щие / втекающие в ионосферу из генераторов .

На рис . 2, а отмечены ПТ 1.1 из генератора I и ПТ 1.2 из генератора II. Токи 1.2 на этом рисунке замыкаются на генератор II через меридиональные ионосферные токи , ПТ 0.2 и дневную часть перпендикулярных токов DRP-2 в доле хвоста .

На рис . 2, б – ночная система ПТ 1.3 из генератора III. Эти ПТ продолжаются в ионосфере меридиональными токами вверх и вниз по широте . Далее электрическая цепь , содержащая ПТ 1.3, замыкается на генератор III посредством ПТ 0.3 и ночной части тока DRP-2 в доле хвоста и ПТ 2.3 и тока DRP-1 во внутренней магнитосфере .

Рисунок 2, в – упрощенный рис . 2, б . Не показаны частичный кольцевой ток DRP-1 и ПТ зоны 2.

расширения суббури . На фазе роста суббури разрыв тока хвоста , создающий генератор III, происходит в дальнем хвосте , а на фазе расширения – в среднем и дальнем хвосте . ( О полном составе общей системы G см . раздел 5.)

• 4.    Электрические цепи

  {13} В [Siscoe, 1982; Siscoe, et al., 1991 и ссылки там ] введено и эффективно использовано предполо жение , что ПТ R2 – результат частичного замыкания ПТ R1 через R2. При этом предположении генера торы ПТ R1 создают также ПТ R2. Мы обобщаем такой подход и принимаем как основное предполо жение , что ПТ R2 и R0 создаются системой генера торов I, II и III в результате ответвления от ПТ R1.

{14} Как пример , рассмотрим на рис . 2, б схему электрических цепей ночного генератора III (N=3).

В соответствии с основным предположением мы принимаем , что этот генератор питает ПТ структур R1.3. Эти ПТ растекаются по ионосфере и замыка ются на генератор через ПТ R0.3, ПТ R2.3 и магнито сферные токи DRP-1 и DRP-2. Образуются две элек трические цепи , из которых в первой замыкание то ков R1 происходит через R2, а во второй – через R0.

Проследим первую цепь, звеньями которой служат пары ПТ R1 и R2, ионосферные меридиональные токи Педерсена, текущие из R1 в R2, и частичный кольцевой ток DRP-1 во внутренней магнитосфере. В этой цепи генератор III создает пару ПТ R1.3, ПТ 1.3+ втекает в ионосферу и создает ионосферный ток Педерсена, текущий в область R2; ток Педерсена вытекает из ионосферы как ПТ 2.3–, продолжается во внутренней магнитосфере как DRP-1; возвращается в ионосферу как ПТ 2.3+ и течет по ионосфере в область R1, где он создает ПТ 1.3–, который замыкается на генератор. Первая замкнутая цепь имеет вид

III → 1.3+ → i.current S → 2.3– →

DRP-1 → 2.3+ → i.current N → 1.3– → III.       (1)

Здесь «i.current N(S)» означает « ионосферный ток Педерсена на север ( юг )» и DRP-1 обозначает час тичный кольцевой ток утро – вечер , замыкающий пару ПТ (2.3–, 2.3+) во внутренней магнитосфере .

Вторая цепь создается растеканием ПТ R1+ вверх по широте :

III → 1.3+ → i.current N → 0.3– → DRP-2 →

0.3+ → i.current S → 1.3– → III.                (2)

Здесь DRP-2 – ток утро – вечер , который замыкает пару ПТ (0.3– и 0.3+) в долях хвоста .

{15} Аналогичные принципиальные схемы можно получить для генераторов I и II. Схемы (1) и (2) получены в варианте N=3. Мы будем исполь зовать подобные схемы также в вариантах N=1 и 2. Схемы (1), (2) – не догма . Соседние по MLT ячейки R.N каждой зоны могут сливаться так , что одна из них становится неразличима , а вторая за мещает первую . Например , в схеме (1) может на блюдаться звено «i.current N → 0.2– → DRP-2», вме сто «i.current N → 0.3– → DRP-2».

Отметим , что реальные ( полные ) токи в звеньях цепей типа (1) и (2) содержат вклады не только ге нератора III, но и общей системы генераторов , на званной выше системой G. Как было отмечено , мы полагаем , что в ночном секторе основным в возму щенной магнитосфере является генератор III.

{16} Схемы (1) и (2) не учитывают зональный ток , который может замыкать в ионосфере пару (1.N+ и 1.N–) и создать западную авроральную электрострую (AEJW, auroral electrojet West) в зоне 1 прямо , без ответвления в R0 и R2. Учесть вклад такого зонального тока можно , присоединив парал лельно к каждой из цепей (1) и (2) цепь вида

G → 1. М +i.current W → 1. Е – → G,            (3)

где M – утренний , а Е – вечерний сектор R1. В цепи (3) пара ПТ замыкается ионосферным зональным током Педерсена или Каулинга , текущим на запад . Цепь (3) подобна классическому SCW, но мы не накладываем на значения М и Е ограничения М = Е =3. В общем случае M и Е могут принимать значения 2 и 0. Поэтому мы называем цепь (3) токо вым клином (CW, current wedge), в отличие от токо вого клина суббури SCW. По данным , например , статистической модели [Weimer, 2001], CW наблю дается всегда . Однако интенсивность зонального ионосферного тока , замыкающего ПТ CW, зависит от проводимости ионосферы и расстояния по MLT между втекающим 1.M+ и вытекающим 1.E– . От сюда следует , что локальный SCW вблизи раздела Харанга может быть не наблюдаем в определенных режимах возмущения , хотя его более крупномас штабный аналог CW должен существовать всегда .

Пример распределений плотности ПТ без SCW, но с CW показан на рис . 3, в . Перманентное сущест вование CW означает , что разрыв / уменьшение тока утро – вечер в плазменном слое хвоста имеет место постоянно даже без SCW.

• 5.    Обсуждение

Схемы (1) и (2) опираются как на модели генера торов на рис . 2, так и на опытные данные , примеры которых даны на рис . 1. Приведенные выше выводы , следующие из описания электрических цепей , либо сопоставимы с известными , которые нуждаются в верификации , либо получены впервые . Эти две груп пы результатов дополнительно обсуждаются ниже .

{17} В параграфе {12} было отмечено , что пол ный состав общей системы генераторов , создающей электрическое поле и токи в возмущенной ионосфе ре и магнитных силовых трубках , предстоит выяс нить . Мы кратко описали только генераторы I и III, следы которых прямо прослеживаются на картах ПТ , подобных приведенным на рис . 1.

В то же время Ляцкий [ Ляцкий , 1987 и ссылки там ] описал пространственно - однородное электри ческое поле в полярной шапке ( ПШ ) с синусоидаль ным распределением потенциала на границе ПШ , приближенно соответствующим наблюдаемым двухвихревым системам антисолнечной и возврат ной конвекции плазмы в ионосфере . Такое поле без - дивергентно внутри ПШ , что поддерживает упомя нутое выше основное предположение о первичности ПТ зоны 1. В модели [Cowley, Lockwood, 1992], ос нованной на модели Данжи для южного ММП , кон векционное электрическое поле в долях хвоста и ионосфере создается переносом потенциала из СВ . Переносчиком служит пара ПТ , стекающих с краев « окна Стерна », на площади которого на магнито паузе содержится полный поток магнитных силовых линий , открытых в СВ . В модели [Mishin, et al., 2004] конвекционное электрическое поле создается генератором , упомянутым в настоящей статье под номером II. Этот генератор образуется во всем объ еме долей хвоста , охватывая и промежуточный сек тор N=2. Э . д . с . генератора II возникает по закону Фарадея в каждом сечении хвоста , пересекаемом потоком открытых магнитных силовых линий . Одно из таких сечений показано на всех панелях рис . 2. Сечения – элементарные генераторы – соединены параллельно . Ток в элементарном генераторе имеет на магнитопаузе направление вечер – утро и обратное направление в ПС . Разрыв / уменьшение тока утро – вечер в ПС создает ПТ , втекающие в ионосферу в утреннем и вытекающие в вечернем секторе зоны 1 аврорального овала .

Стимулом для введения генератора II, как и гене раторов I и III, послужили R.N- максимумы плотности ПТ , впервые описанные в [Mishin, et al., 2004]. По скольку генератор I образуется на дневной магнито паузе в области пересоединения , предполагалось , что он – генератор тока . Ему было дано название старто вого генератора , роль которого сводится к созданию

Щ δ J e =150 к A

Рис . 3. Карты ПТ ( а – г ) и ЭТ ( д , е ) супербури 20 ноября 2003 г .

Стрелки на картах ЭТ показывают направление тока . Значения полного тока отмечены ( в кА ) в фокусах отдельных вихрей . Отмечены также расстояния между изолиниями – δ J _e ( в к A).

Остальные обозначения те же , что на рис . 1.

упомянутого потока открытых силовых линий долей хвоста . Поскольку генератор III тоже образуется в области пересоединения с аномально низкой прово димостью , мы предполагаем , что он также является генератором тока . При таком подходе генератор II оказывается основным генератором напряжения .

{18} Как было отмечено , схемы (1) и (2) не учи тывают зональный ток , замыкающий в ионосфере пару (1.3+ и 1.3–) в зоне 1 прямо , без ответвления в R0 и R2. Прямое замыкание соответствовало бы классической концепции SCW, где разгрузочная AEJW является зональным током Педерсена или Каулинга [McPherron, et al., 1973; Kan, 2007 и ссылки там ]. В отличие от такой модели , в схемах (1) и (2) разгрузочная AEJW – ток Холла .

Действительно, западная электроструя образуется как ток Холла в меридиональной системе то- ков вида (1.3+i.current S→2.3–). Мы обозначаем подобные системы токов вида (1.N+i.current S→2.N–) аббревиатурой MCS-1. Цифра 1 здесь – номер зоны Ииджимы и Потемры, которой принадлежит втекающий ПТ данной MCS независимо от значения N. MCS-1 служит звеном цепи (1). Упомянутый ток Холла течет в околополуноч-ном/утреннем секторе внутри ионосферных оснований пары (1.3+, 2.3–), как и перпендикулярный к нему ток Педерсена, на юг.

Заменяя в (1) и (2) N=3 на N=2 и N=1, получим аналогичные схемы электрических цепей , описы вающие образование AEJW в промежуточном и дневном секторах .

{19} Продолжение AEJW в околополуноч - ном / вечернем секторе N=3 тоже создается током Холла в MCS вида (0.3+ → i.current S → 1.3–). Эту

MCS мы обозначаем MCS-0, где цифра 0, согласно изложенному выше правилу , есть номер зоны вте кающего ПТ . MCS-0 служит звеном цепи (2).

Отметим , что продолжение AEJW внутри систем MCS-0 на активной фазе суббурь наблюдается как отдельная авроральная электроструя , которая про странственно совпадает с антиконвекционной ( от Солнца ) струей конвекции плазмы в ионосфере ПШ и долях хвоста . Конвекция от Солнца замыкается двумя струями возвратной конвекции , совпадаю щими пространственно с AEJW в утреннем и вос точной авроральной электроструей (AEJE, auroral electrojet East) в вечернем секторах . Струйный ха рактер продолжения AEJW в вечернем секторе ясно виден на рис . 1, в , г .

{20} Согласно схеме (1), AEJE тоже образуется как ток Холла в MCS вида (2.3+i.current N → 1.3–). Используя знакомое правило , мы применяем для подобных систем типа (2.N+i.current N → 1.N–) обо значение MCS-2.

{21} В целом , схемы типа (1) и (2) описывают образование MCS-0, MCS-1 и MCS-2 и проливают новый свет на образование восточной и западной авроральных электроструй как токов Холла . По этому поводу имеются различные точки зрения .

Широко известна модель образования утренней AEJW на разгрузочной фазе суббури , развиваемая много лет в работах [Kan, 2007 и ссылки там ], в кото рой названная электроструя – ток Каулинга . Согласно [Kamide, Baumjohann, 1993], наблюдаемые в спокой ное время обе конвекционные авроральные электро струи образуются токами Холла , но утренняя разгру зочная AEJW суббури создается током Каулинга .

С другой стороны , Акасофу [Akasofu, 2004] при шел к заключению , что во время суббурь разгрузочная AEJW образуется не током Каулинга , а током Холла . В [Mishin, et al., 2008] по данным трех отдельных суббурь сделан вывод , что разгрузочная западная авроральная электроструя чаще наблюдалась как ток Холла , реже – как ток Каулинга . Амм и Фуджи [Amm, Fujii, 2008] исследовали распределение токов в околополучном секторе AEJW в один из моментов избранной суббури и заключили , что ток Каулинга доминировал на относительно малой части рассмот ренной области .

Таким образом , проблема не закрыта , и мы предпо лагаем , что в ее дальнейших исследованиях изложенные выше новые методы найдут новые применения . Одно из таких последних применений – статья [ Мишин и др ., 2010] о динамике систем токов в ходе супербури 6 ап реля 2000 г . в настоящем сборнике .

{22} Завершая обсуждение полученных резуль татов , отметим ток утро – вечер DRP-2, показанный на рис . 2 и включенный в схему (2). В вариантах N=3, N=2 и N=1 этот ток замыкает пары ПТ (0.3–, 0.3+), а в вариантах N=2 и N=1 – пары (0.2–, 0.2+), (0.1–, 0.1+). Этот перпендикулярный к магнитному полю ток течет в долях хвоста . Насколько известно авторам , существование такой системы токов пред сказывается впервые .

С использованием карт ПТ типа рис . 1, получен ных по данным избранных суббурь , в [ Мишин и др .,

2009; Mishin, et al., 2009 а ] отмечен ряд других , ранее неизвестных , систем перпендикулярных к магнит ному полю токов в долях хвоста , мантии и плазмен ном слое . В [Mishin, et al., 2009b] сделан вывод , что новые системы составляют цепочку , вытянутую приблизительно вдоль меридиана полдень – полночь от дневной магнитопаузы до области околоземного разрыва хвоста . Расположенные вдоль цепочки маг нитосферные токи периодически меняют направле ние от утро – вечер в одном звене цепочки до вечер – утро в соседнем звене . Цепочка в целом подобна стоячей волне , образованной магнитозвуковыми волнами , излучающимися в противоположных на правлениях из областей пересоединения на дневной магнитопаузе и в околоземном хвосте . При основ ном для суббурь периоде таких волн ~10 ³ с и изме ренной на картах ПТ длине волны авторы получили оценки скоростей магнитозвуковых волн , близкие к ожидаемым по порядку величины .

Работа поддержана грантом РФФИ № 08-0590207 Монг - а .

За предоставление входных данных ТИМ авторы благодарят Drs. D. McComas, R. Lepping, K. Ogilvie, J. Stenberg и A. Lasarus за данные спутника WIND; и Drs. H. Gleisner (DMI, Дания ), A. Viljanen ( проект IMAGE), K. Yumoto ( проект 210MM), T. Iyemori (WDC-C2, Киото ), J. Posch ( проект MACCS), О . А . Трошичева ( ААНИИ ), Е . П . Харина ( МСД - Б ), С . И . Соловьева ( ИКФИА , Якутск ), Б . М . Шевцова и А . В . Винницкого ( ИКИР ), руководителей про ектов Intermagnet, GIMA ( Аляска ), Canopus (CARISMA) (Dr. D. Milling); С . Хомутова ( обс . Ново сибирск ) и О . Кусонского ( обс . Арти ). Авторы бла годарят рецензентов настоящей статьи за полезные замечания и сотрудников группы ТИМ Т . Сайфу - динову , М . Толочко и Л . Сапронову за обсуждения и техническую помощь .