О возможности сопряжения спутниковых и наземных оптических измерений в области пульсирующих сияний

Автор: Сафаргалеев В.В., Шибаева Д.Н., Сергиенко Т.И., Корнилов И.А.

Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika

Статья в выпуске: 14, 2009 года.

Бесплатный доступ

В работе обсуждается возможность детального сопоставления данных спутника CLUSTER c данными по пульсирующим пятнам, зарегистрированным телевизионной камерой в обсерватории Ловозеро во время пролета спутника через область магнитосферы, связанную с полем зрения камеры. Ионосферные проекции спутника рассчитывались по моделям Т89, Т96 и Т01. Показано, что в ситуации, когда априори известны лишь уровень геомагнитной активности и характеристики межпланетной среды, проектирование позволяет определенно судить только о том, попадает спутник в область пульсирующих сияний или нет. Разброс при проектировании в разных моделях не меньше характерных размеров пульсирующих пятен и может достигать 100 км. Соответствующее этому расстоянию время полета спутника составляет ~4 мин. Такая большая пространственная и временная неопределенность не позволяет произвести детальное сопоставление спутниковых данных с наземными оптическими измерениями без априорной информации, например, о характере высыпаний над пятном, как это делалось другими авторами в случае авроральных дуг. Ситуация еще более осложняется, если спутник находится в области сильно вытянутых магнитных силовых линий.

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/142103372

IDR: 142103372   |   УДК: 550.385

On possibility of coupling of satellite and ground-based optical measurements in a pulsating aurora region

The paper discusses a possibility of detailed comparison between CLUSTER data and data on pulsating spots recorded by the TV camera at Lovozero Observatory when the satellite was flying through the magnetospheric region associated with the camera's field of view. Ionospheric projections of the satellite are calculated using T89, T96, and T01 models. It is shown that when one does know only a geomagnetic activity level and interplanetary medium characteristics, the projection provides a certain insight only into whether the satellite will get into the pulsating aurora region or not. The spread in the projection in various models is not less than sizes of pulsating spots and can reach 100 km. The satellite flight time corresponding to this distance is ~4 min. Such a large spatial and time uncertainty does not allow a detailed comparison between satellite and ground-based measurements to be made without a priori information on, say, the character of precipitations over a spot, as was done by other authors in case of auroral arcs. The situation becomes still more complicated if the satellite is in the region of highly-extended magnetic field lines.

Еще

Текст научной статьи О возможности сопряжения спутниковых и наземных оптических измерений в области пульсирующих сияний

Информация со спутников , производящих изме рения параметров плазмы и геомагнитного поля в различных областях околоземного космического пространства , открывает широкие возможности для всестороннего исследования происходящих здесь геофизических явлений . Особенно перспективны мультиспутниковые проекты (CLUSTER и THEMIS), поскольку одновременные измерения в разнесенных точках идентичными инструментами позволяют ус пешно разделять пространственные и временные вариации . Ценность спутниковых данных будет еще выше , если удастся сопрячь измерения не только по времени , но и в пространстве . Как известно , в кос мической плазме часть информации переносится вдоль магнитного поля заряженными частицами и волнами альфвеновского типа . Поэтому здесь и да лее под пространственным сопряжением понимает ся нахождение сопрягаемых объектов на одной и той же геомагнитной силовой линии .

Геомагнитные силовые линии обеспечивают связь магнитосферы с ионосферой. Сопоставление ионосферных явлений со спутниковыми измерениями может существенно расширить арсенал методов и средств изучения явлений, протекающих в магнитосферно-ионосферной системе. Поскольку альфве-новские волны, попадая из магнитосферы в ионосферу, имеют свойство «растекаться» по ионосферному волноводу, наиболее перспективным представляется использование для совместного анализа явлений, вызванных высыпающимися заряженными частицами. В отличие от волн, производимые высы- паниями эффекты привязаны к конкретным силовым трубкам и могут быть легко идентифицированы при помощи ионосферных радаров или оптическими методами. В данной работе речь пойдет об оптических явлениях – полярных сияниях.

Сопоставить спутниковые и наземные оптиче ские данные несложно , если речь идет о низкоорби тальных аппаратах . В качестве примера приведем работы [Sandholt, Farrugia, Cowley, et al., 2000; Sato, Wright, Carlson, et al., 2004.; Safargaleev, Kozlovsky, Sergienko, et al., 2008]. Спутники типа DMSP и FAST пролетают над сияниями на относительно небольшой высоте от нескольких сотен до первых тысяч километров . На этих расстояниях основной вклад в геомагнитное поле вносит собственное поле Земли , так что форма силовой линии здесь слабо подвержена плохо учитываемому влиянию магнито сферных токов . Логично предположить , что в магни тосфере это влияние велико . При этом форма силовой линии зависит не только от расстояния до Земли ( чем дальше в хвост магнитосферы , тем вытянутее сило вые линии ), но и от уровня геомагнитной активности . Оба фактора затрудняют определение положения подошвы силовой линии , на которой находится спут ник ( далее по тексту – « проекции спутника »), отно сительно участка ионосферы , где в это время произ водятся измерения . Тем не менее , с момента запуска проекта CLUSTER было предпринято небольшое число попыток совместного использования данных наземных оптических и спутниковых наблюдений .

В работе [Figueiredo, Marklund, Karlsson, et al., 2005] исследовалось распределение продольных электрических полей в окрестности вытянутых в азимутальном направлении авроральных структур шириной около 50 км. Спутники CLUSTER находились на относительно небольшом удалении от ионосферы (3–5 RE), и авторы сочли возможным ограничиться учетом только собственного поля Земли, взяв за основу модель IGRF (International Geomagnetic Reference Field). По оценкам авторов, погрешность при проектировании спутника могла достигать 3– 4° по широте (около 400 км). Поэтому наиболее важные заключения о связи областей ускоренных вверх или вниз электронов с областями ослабленного или усиленного свечения носили предположительный характер.

Еще один случай сопряжения наземных оптиче ских и спутниковых измерений представлен в ра боте [Aikio, Mursula, Buchert, et al., 2004]. Для про екции спутников CLUSTER, пролетавших на высо те 22 000 км (~4.4 R E ), применялась модель Цыга ненко T89. В течение нескольких минут спутники пересекли две дуги . Для того чтобы добиться луч шего соответствия со спутниковыми данными при пересечении второй дуги , авторам пришлось изме нить входной параметр модели ( увеличить значение индекса K р с 3 до 5), мотивируя это тем , что вторая дуга появилась в результате развития псевдобрейка - па . Отметим , что в работе [Amm, Aikio, Bosqued, et al., 2003], посвященной тому же случаю пролета CLUSTER над северной частью Скандинавского полуострова , проектирование осуществлялось также по модели Т 89, но при неизменном K р =3. В резуль тате совместного анализа наземных радарных и спутниковых данных в этой работе был обнаружен сдвиг границы между замкнутыми и разомкнутыми силовыми линиями относительно области обраще ния конвекции .

Таким образом , в обеих процитированных выше работах положение CLUSTER относительно области ионосферы , где проводились оптические измерения , определялось сначала посредством проектирования вдоль силовой линии , а затем корректировалось исхо дя из априори известной информации о характере вы сыпаний , продольных полей и токов над структурами типа дискретных дуг полярных сияний . Априорные знания привлекались также в работе [Pitout, Escoubet, Lucek, 2004], где анализировался случай сопряжения CLUSTER с радаром EISCAT на Шпицбергене .

Правомерен вопрос : можно ли обойтись без ап риорной информации ? Ситуация , когда априорные знания отсутствуют , может возникнуть , например , при попытке сопряжения спутника с пульсирующи ми сияниями . По сравнению с дискретными дугами , это явление представляется практически не иссле дованным не только из космоса , но даже с поверх ности Земли . Насколько соответствуют пульсирую щим образованиям те характеристики плазмы и по лей , которые будут выделены из спутниковых дан ных исходя исключительно из результатов проекти рования ? Попытка ответить на этот вопрос пред принята в настоящей статье .

Цель работы формулируется следующим образом: используя современные модели магнитосферы, произвести максимально корректное сопоставление положения спутника CLUSTER с пульсирующими полярными сияниями в окрестности подошвы силовой трубки, на которой в этот момент находится спутник. Оценить количественно и качественно, насколько отличаются проекции в различных моделях и скажется ли существенно эта разница на однозначности интерпретации спутниковых данных. При исследовании использовались данные телевизионных наблюдений субавроральной обс. Ловозеро. Мы сознательно не привлекали к анализу данные спутников CLUSTER, ограничившись лишь их пространственными координатами.

Методика

В работе [Figueiredo, Marklund, Karlsson, et al., 2005] среди факторов , влияющих на точность сопос тавления спутниковых и оптических измерений , отмечалась удаленность дуги полярных сияний от зенита камеры . Действительно , при использовании широкоугольного объектива типа « рыбий глаз » про странственные искажения тем больше , чем ближе сияния к горизонту . Несмотря на то , что в рассмот ренном случае траектория спутника проходила вблизи зенита обсерватории , для повышения точно сти сопоставления мы провели так называемую гео метрическую калибровку камеры для конкретного интервала наблюдений .

Под геометрической калибровкой камеры здесь подразумевается комплекс процедур, которым подвергается не само физическое устройство, а полученный с его помощью снимок участка неба. Для калибровки выбирается кадр с максимально видимым количеством звезд. При помощи специально разработанного пакета программ добиваются наилучшего совмещения звезд на снимке со звездами из входящего в состав пакета звездного атласа. Результатом совмещения является формула, которая, будучи примененной к любому другому кадру, ставит в соответствие каждому пикселю изображения точку на координатной плоскости. Знание координат каждого пикселя позволяет с большой точностью совместить сияния с любым другим объектом, координаты которого также известны. Мы использовали пакет программ, подготовленный для калибровки камер скандинавской оптической сети ALIS (Auroral Large Imaging System). С методикой калибровки можно ознакомиться на сайте ALIS .

Координаты пикселя зависят от предполагаемой высоты сияний . В данной работе нас не интересовало абсолютное значение этого параметра . Важно было лишь то , чтобы и сияния , и проекция спутника распо лагались на одной высоте . Зная координаты всех пик селей изображения и подошвы силовой линии спутни ка на высоте сияний , несложно совместить сияния и проекцию спутника на одном изображении , не ограни чивая себя областью зенита . Пример совмещения на высоте 100 км приводится на рис . 1. Фрагмент траек тории соответствует интервалу 22:20–22:38 UT, форма сияний соответствует моменту времени 22:33:55:UT, положение проекции спутника в этот момент показа но черным кружком , стрелка указывает направление движения . Здесь же для наглядности нанесен контур

расстояние от LOZ, км (+ на восток)

Рис . 1. Оригинальный кадр ( а ) и его проекция на гори зонтальную плоскость с учетом результатов геометриче ской калибровки ( б ). Отрезок прямой спроектированный на сияния фрагмент траектории спутника С 1. Черным кружком отмечена проекция спутника в момент времени , когда сделан снимок . Стрелка показывает направление движения .

береговой линии Кольского полуострова .

На следующем этапе исследования рассчитыва лись координаты подошвы силовой линии , на кото рой в данный момент времени находится спутник . Положение спутника в пространстве определяется при помощи спутниковых навигационных систем свысокой точностью . Неопределенность возникает при проектировании спутника на ионосферу ( в на шем случае на плоскость , где происходят сияния ) вдоль геомагнитной силовой линии и обусловлена произволом выбора модели геомагнитного поля .

Для проектирования спутника мы пользовались пакетом OVT (Orbit Visualization Tool), разработанным участниками проекта CLUSTER. Пакет включает постоянно пополняемую базу данных о фактиче- ских траекториях спутников CLUSTER и комплект программ, рассчитывающих форму магнитной силовой линии в магнитосфере (см. пример на рис. 2) и координаты ее подошвы на высоте 100 км для разных моделей геомагнитного поля. Поле предполагается суммой собственного поля Земли (дипольное или IGRF) и поля, создаваемого внешними источниками. Последнее рассчитывается из моделей Цыганенко Т89, Т98 или Т01. Входными параметрами являются дата и время, а также Kр- и Dst-индексы, величины компонент межпланетного магнитного поля и динамического давления солнечного ветра, коэффициенты G1 и G2 (для модели Т01 [Tsyganenko, 2002]). «Расчетная» часть пакета OVT допускает также допускает возможность обновления. Подробная информация о пакете находится на сайте OVT .

Краткая характеристика геомагнитной и авроральной обстановки

В работе проанализирован случай пролета спут ников CLUSTER через область магнитосферы , со пряженную с полем зрения телевизионной установ ки ПГИ в обс . Ловозеро (LOZ, географические ко ординаты 67.97° N, 35.02° E, L ~4.5). Ситуация имела место 17 февраля 2002 г . с 22:20 до 22:40 UT и ха рактеризовалась наличием в небе над Ловозером сияний в форме пульсирующих пятен ( рис . 1, б ). Траектория спутника проходила в послеполуночном секторе магнитосферы ( рис . 2, нижняя панель ).

На рис . 3, а приводятся кеограмма и магнито граммы , характеризующие геомагнитную и авро ральную обстановку в целом . Интервал пролета вы делен на кеограмме двумя вертикальными линиями , а на магнитограммах отмечен серым цветом . Наблю дения относятся к взрывной фазе и началу восстано вительной фазы авроральной суббури , развивавшейся

Рис . 2. Положение спутника в магнитосфере и конфи гурация силовой линии геомагнитного поля , рассчитанная при помощи пакета OVT.

Рис . 3. Кеограмма и магнитограммы , характеризую щие авроральную и геомагнитную обстановку во время рассматриваемого события ( выделенный временной ин тервал соответствует фрагменту траектории на рис . 1) ( а ); положение авроральной выпуклости относительно траек тории спутника C1 ( отрезок прямой ) ( б ).

шейся по классическому сценарию : медленный дрейф дискретных авроральных форм к экватору был прерван резким броском сияний к полюсу около 22:30 UT, после чего LOZ оказалась под участком ионо сферы , заполненным пульсирующими формами .

Амплитуда магнитного возмущения в обсервато рия Jan Mayen (JAN, 70.9° N, 8.7° W), расположен ной западнее области наблюдений , больше , чем в Ловозере . По данным спутника IMAGE ( рис . 3, б ) суббуревая авроральная выпуклость также распола галась к западу от Кольского полуострова . Можно поэтому предположить , что очаг суббури находился в полуночном секторе магнитосферы , и развитие вы пуклости не сопровождалось заметным искажением формы силовых линий в сопряженной с LOZ области . Иначе правомерность применения всех упомянутых выше моделей была бы под вопросом , поскольку не ясно , насколько адекватно эти глобальные статисти ческие модели описывают конкретные локальные особенности поля ( см . работы [Figueiredo, Marklund, Karlsson, et al., 2005; Woodfield, Dunlop, Holme, et al., 2007]).

В заключение раздела приведем значения параметров, использовавшихся для расчета положения подошвы магнитной силовой линии спутника в различных моделях Цыганенко. Индексы геомагнитной активности: Kр=2, Dst= –10 нТл; компоненты межпланетного магнитного поля [Bx, By, Bz]GSM=[3, –4.5, –2] нТл; дина- мическое давление солнечного ветра РSW =1.8 нПа; дополнительные коэффициенты: G1=4 и G2=6.

Результаты проектирования спутника CLUSER C1 в область пульсирующих сияний

В рассматриваемой ситуации в области магнито сферы , сопряженной с рабочей частью поля зрения ТВ - камеры , в течение ~20 мин находились четыре спутника . Это позволило нам найти момент , наибо лее отчетливо демонстрирующий неопределенность , с которой может столкнуться исследователь , не имея априорных представлений о том , что должен « видеть » спутник , пролетая над исследуемой авро ральной формой .

На рис . 4, а представлена проекция ТВ - кадра на горизонтальную плоскость , располагающуюся на высоте 100 км над земной поверхностью . Цифрами 1, 2 и 3 обозначены два пульсирующих пятна и фрагмент лучистой дуги соответственно . Черным кружком , квадратом и ромбом показаны проекции спутника CLUSTER C1 на эту же высоту , сделанные в одно и то же время ( совпадающее с моментом снимка ), но с использованием трех различных моде лей силовой линии геомагнитного поля . Общим в этих моделях было внутреннее поле . Оно рассчиты валось по модели IGRF образца 2005 г . Поле внеш них источников задавалось различными моделями Цыганенко . Следует отметить , что в нашем случае варьирование коэффициентов G1 и G2 в интервале ±1 практически не влияло на результат проектиро вания по модели Т 01, что обусловлено , вероятно , малыми значениями параметра L для Ловозера .

Независимо от выбранной модели , спутник про ектировался в непосредственной близости зенита камеры , отмеченного на рисунке крестиком . При этом он все время оставался в пределах области , заполненной пульсирующими формами , протяжен ность которой в меридиональном направлении по нашим оценкам составляла ~300 км . Однако для каждой проекции это были разные формы . Если в модели внешнего поля Т 96 ( ромб на рис . 4, а ) спут ник проектировался на область экваториальной гра ницы пятна 1, то в модели Т 01 ( квадрат на рис . 4, а ) измерения спутника должны быть соотнесены с пят ном 2, причем с его западной оконечностью . В моде ли Т 89 ( кружок на рис . 4, а ) спутник проектировался на область , вообще не занятую свечением . Эта об ласть располагается между полюсной кромкой пульсирующего пятна 2 и лучистой дугой , ограни чивающей пульсирующие сияния с севера . Заметим , что пятна 1 и 2 пульсировали несинхронно , так что спутниковые измерения в моделях Т 96 и Т 01 могут относиться к различным этапам их развития . Лучи стая дуга 3 представляла квазистационарное образо вание . Спустя некоторое время проекция спутника , двигаясь в северном направлении , попадет либо внутрь ( между ) лучей , формирующих эту дугу 3 ( в модели Т 89), либо внутрь пятна 2 ( в модели Т 96), что , по сути , представляет разные типы сияний .

Как видно из рис . 4, а , расстояние между проек циями в моделях Т 89 и Т 96 составляет ~100 км . Рас хождение в других парах моделей примерно в 2 раза меньше и сопоставимо с поперечными размерами

Рис . 4. Положение подошвы силовой линии в указан ный момент времени относительно пульсирующих сияний в различных моделях внешнего ( а ) и внутреннего ( б ) поля . Цифрами отмечены формы сияний .

пульсирующих пятен . Двигаясь в модели Т 96 из по зиции , соответствующей ромбу на рис . 4, а , спутник попадет на широту проекции , определяемой по моде ли Т 89 ( круг на рис . 4, а ), примерно через четыре ми нуты . Очевидно , что авроральная ситуация за это вре мя изменится . В магнитосфере за это время спутник пролетит 1000 км , двигаясь под углом ~45° к сило вым линиям ( см . рис . 2, а ). На таких пространствен ных масштабах можно ожидать заметного изменения параметров среды .

Обсерватория LOZ находится у подножья замкнутых силовых линий , пересекающих эквато риальную плоскость магнитосферы недалеко от Земли ( радиальное расстояние около 4.5 R E). В некоторых исследованиях предполагается , что влияние токового слоя магнитосферного хвоста здесь относительно невелико и на этих широтах форма силовых линий близка к дипольной . Ди польное приближение удобно , например , при ана литических или численных расчетах . Рисунок 4, б показывает , насколько сильно отличается поло жение проекции спутника в моделях , где внешнее поле одинаково , а в качестве внутреннего берется либо поле диполя ( окружность на рис . 4, б ), либо модель IGRF ( черный кружок на рис . 4, б ). Вид но , что расстояние между проекциями порядка

600 км , и спутниковые измерения в дипольной модели относятся к сияниям вне рабочего поля зрения камеры , т . е . у самого горизонта , где очень велики и практически не учитываемы искажения , вносимые используемым объективом .

Обсуждение

Авроральная дуга является наиболее тщательно исследованным объектом . Связанные с дугой высы пания , поля и токи измерялись разными методами . В настоящее время распределение этих параметров в окрестности дуги имеет статус статистически досто верного и может использоваться в дальнейших ис следованиях как априорная информация . Например , в работе [Aikio, Mursula, Buchert, et al., 2004] апри орные сведения позволили уточнить момент сопря жения c дугой спутника CLUSTER. Пульсирующие сияния являются менее изученной формой авро ральной активности , чем дуга , так что для них ин формация такого рода практически отсутствует .

В данной работе сделана попытка максимально корректного сопоставления положения спутника с пульсирующими пятнами . Полученные нами ре зультаты проектирования высокоорбитального спутника CLUSTER С 1 с высоты ~4.5 R E в ионосфе ру на широте Ловозера (~68° N) свидетельствуют о следующем . В ситуации , когда априори известны лишь уровень геомагнитной активности и характе ристики межпланетной среды , даже в условиях уме ренной возмущенности ( K p =2, D st = –10 нТл ) проек тирование позволяет определенно судить только о том , вне или внутри участка магнитосферы , сопря женного в ионосфере с областью пульсирующих сияний , находится в данный момент спутник . Не зная истинного положения проекции спутника , мы не можем оценить ошибку , которую дает та или иная модель внешнего поля . Отметим только , что разброс при проектировании в разных моделях со ставлял от 40 до 100 км , что того же порядка или больше характерных размеров пульсирующих пятен . Максимальной разнице между проекциями 100 км соответствует сдвиг по времени ~4 мин . В условиях , когда авроральная ситуация быстро меняется ( а имен но так обстоит дело с пульсирующими сияниями ), та кая пространственная и временная неопределенность не позволяет произвести детальное сопоставление спутниковых данных с наземными оптическими измерениями .

Кроме задач сопоставления наземных и спутни ковых данных , проектирование вдоль силовых ли ний геомагнитного поля может применяться для отождествления источника наблюдаемых в ионо сфере эффектов с той или иной областью магнито сферы . Традиционно такая задача решается при по мощи низкоорбитальных спутников типа DMSP [Newell, Meng, 1992]. Однако ситуации , когда DMSP оказывается в нужном месте и в нужное время , слу чаются редко . Поэтому в ряде подобного рода иссле дований именно проектирование являлось ключевым , а иногда и единственным методом анализа .

В работе [Pulkkinen, Pellinen, Koskinen, et al., 1991] при помощи модели Цыганенко было пока зано , что специфическая форма сияний - сияния

проектируется на хвост магнитосферы на рас стояния 6–12 R E, т . е . на область токового слоя . Поз же , анализируя аналогичную ситуацию , автор [Tagirov, 1993] спроектировал Ω - сияния на 5–6 R E и свя зал положение их источника с внутренней границей плазменного слоя . Разное положение источника предполагает разные механизмы генерации этой формы сияний . В работе [Ober, Maynard, Burke, et al., 2000] проектирование вдоль силовых линий ис пользовалось для того , чтобы определить , в каком из дневных магнитосферных доменов располагается источник исследуемой дуги полярных сияний . Ши рина ионосферной проекции дневных доменов мо жет достигать первых сотен километров , и такой подход в целом выглядит оправданным . Действи тельно , наши исследования показали , что спутник проектируется на занятую сияниями трехсоткило метровую зону вне зависимости от модели . Однако при обсуждении механизма генерации конкретной дуги следует принимать во внимание , что для части предполуденных дуг источник может располагаться не внутри , а на границах домена [Safargaleev, Kozlovsky, Sergienko, et al., 2008].

Отдельное внимание в контексте проблемы про ектирования сияний хочется обратить на вторую часть работы [Sato, Wright, Carlson, et al., 2004], где авторами была предпринята попытка исследовать сопряженность пульсирующих сияний в Северном и Южном полушариях . Для определения координат сопряженной точки использовались модель Цыга ненко Т 01 и ее буревая модификация . Наблюдения проводились в условиях сильной возмущенности ( K р =6). Обе модели показывали , что силовая линия , у подножия которой находились обсерватории , вы тянута в хвост вплоть до 15 R E. Расхождение при проектировании разными моделями составляло 200– 300 км , так что в одной из моделей сопряженная точка проектировалась на край поля зрения камеры всего неба . Авторы пришли к выводу , что в сопря женных областях сияния носят пульсирующий ха рактер , но в Южном полушарии это пульсирующие дуги , а в Северном структуры типа аврорального факела . Наше исследование , по сути , не противоре чит этому результату : все модели проектируют спутник в пульсирующие сияния , форма которых может быть различной для различных моделей . Од нако мы думаем , что использовать обнаруженную несопряженность как один из аргументов в пользу предложенной интерпретации следует с большой оговоркой в силу неопределенностей , на которые мы указывали выше . Отметим также , что сильная вытянутость магнитных силовых линий может не адекватно передаваться моделью Цыганенко [Blockx, Gérard, Coumans, et al., 2007].

Еще одним направлением исследования, в котором сопоставление спутниковых измерений с ионосферными эффектами происходит в отсутствие априорной информации, является искусственная модификация ионосферы нагревными стендами HAARP и EISCAT. Размеры пятна нагрева на уровне F-слоя ионосферы составляют несколько десятков километров, что сравнимо с размерами пульсирующих пятен. В работе [Cash, Davies, Kolesnikova, et al., 2002] с положением пятна сопоставлялись данные спутника FAST (высота около 3000 км), геометрия эксперимента напоминала ситуацию, описанную в первой части работы [Sato, Wright, Carlson, et al., 2004], и корректность сопоставления проекции спутника с пятном не вызывала сомнения. В работе [Platino, Inan, Bell, et al., 2004] анализировались данные спутника CLUSTER (высота около 30 000 км) в момент его предполагаемого сопряжения с нагрев-ной установкой HAARP (L~4.9). Геометрия эксперимента близка к исследованной нами ситуации, и мы считаем, что результаты [Platino, Inan, Bell, et al., 2004], так же как и результаты второй части работы [Sato., Wright, Carlson, et al., 2004], надо принимать с оговоркой на неопределенность, вносимую использованием модели внешнего поля.

Заключение

В работе обсуждается возможность детального со поставления данных спутника CLUSTER c пульси рующими пятнами , зарегистрированными телевизион ной камерой в обсерватории Ловозеро во время проле та спутника через сопряженную с полем зрения каме ры область магнитосферы . Положение ионосферных проекций спутника получено в трех разных моделях внешнего геомагнитного поля Т 89, Т 96 и Т 01.

Показано , что в анализируемой ситуации , когда априори известны лишь уровень геомагнитной ак тивности и характеристики межпланетной среды , даже в условиях умеренной возмущенности ( K p =2, D st = –10 нТл ) проектирование позволяет определен но судить только о том , попадает спутник в область пульсирующих сияний или нет . Разброс при проек тировании в разных моделях больше или того же порядка , что и характерные размеры пульсирующих пятен . Максимальной разнице между проекциями 100 км соответствует время полета спутника ~4 мин .

Сделан вывод , что в условиях , когда авроральная ситуация быстро меняется во времени ( а именно так обстоит дело с пульсирующими сияниями ), про странственная и временная неопределенность не позволяют произвести детальное сопоставление спутниковых данных с наземными оптическими измерениями . Неопределенность может быть еще больше , если спутник проектируется из области сильно вытянутых геомагнитных силовых линий ( удаленный плазменный слой или доли хвоста ).

Данные по параметрам межпланетной среды взя ты из базы CDAWeb, а индексы геомагнитной актив ности из базы WDC Kyoto ( Япония ). Магнитограм ма обсерватории JAN предоставлена B. Holmeslet ( Геофизическая обсерватория Тромсе , Норвегия ). Данные спутника IMAGE взяты с веб - ресурса универ ситета Беркли , провайдер S. Mende. Пакет OVT разра ботан K. Stasiewicz, M. Khotyaintsev и Y. Khotyaintsev ( Институт радиофизики Упсала , Швеция ). Пакет для геометрической калибровки камер ALIS разработан при участии B. Gustavson ( Университет Тромсе , Нор вегия ). Авторы благодарны I. Sandahl и H. Nilsson ( ИРФ Кируна , Швеция ) за интерес к работе . Иссле дование выполнено при финансовой поддержке Шведской академии наук и Совета министров Се верных стран ( грант NordAurOpt).