Научные статьи \ Математика. Естественные науки \ Науки о земле. Геологические науки \ Вспомогательные геологические науки \ Геофизика

Особенности возбуждения и распространения по азимуту и меридиану длиннопериодных PI3 колебаний геомагнитного поля 8 декабря 2017 г

Особенности возбуждения и распространения по азимуту и меридиану длиннопериодных PI3 колебаний геомагнитного поля 8 декабря 2017 г

Автор: Моисеев А.В., Стародубцев С.А., Мишин В.В.

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

Статья в выпуске: 3 т.6, 2020 года.

Бесплатный доступ

Изучаются Pi3-пульсации с периодом T =15÷30 мин, которые регистрировались 8 декабря 2017 г. на наземных станциях в полуночном секторе магнитосферы на широтах конвекционных электроструй DP2 токовой системы. Установлено, что Pi3 особенно хорошо выражены в предполуночном секторе с амплитудой до 300 нТл и длительностью до 2.5 ч. Амплитуда пульсаций быстро спадала с уменьшением широты от Ф′=72° до Ф′=63°. Событие регистрировалось в условиях устойчивой магнитосферной конвекции. В Bz -компоненте межпланетного магнитного поля, направленной к югу, в интервале пульсаций регистрировались иррегулярные колебания, в том числе и в диапазоне Pi3, соответствующие медленным магнитозвуковым волнам, не сопровождавшимся заметными вариациями динамического давления P d. По наземным геомагнитным наблюдениям обнаружено азимутальное распространение пульсаций со скоростью 0.6-10.6 км/c на восток и на запад от полуночного меридиана. Анализ динамики пульсаций по меридиану выявил их распространение к экватору со скоростью 0.75-7.87 км/c. В проекции на магнитосферу скорости близки по величине к наблюдаемым скоростям распространения суббуревых инжекций электронов. В магнитосфере в утреннем секторе во время наземных пульсаций регистрировались геомагнитные пульсации с преобладающей компрессионной компонентой. Сделан вывод, что распространение колебаний геомагнитного поля в данном событии определялось динамикой инжекций частиц под действием крупномасштабного электрического поля магнитосферной конвекции, вызывающего движение плазмы к Земле, вследствие пересоединения в хвосте магнитосферы. Мелкомасштабные колебания в магнитосфере являлись вторичными, возбужденными проникшими из солнечного ветра колебаниями.

Еще

Pi3-пульсации, устойчивая магнитосферная конвекция, конвекционные электроструи, инжекции частиц, азимутальное и меридиональное распространение, волновые возмущения в межпланетной среде

Короткий адрес: https://sciup.org/142225915

IDR: 142225915   |   УДК: 550.388.2   |   DOI: 10.12737/szf-63202007

Features of excitation and azimuthal and meridional propagation of long-period PI3 oscillations of the geomagnetic field on December 8, 2017

We study the Pi3 pulsations (with a period T =15-30 min) that were recorded on December 8, 2017 at ground stations in the midnight sector of the magnetosphere at the latitude range of DP2 current system convective electrojets. We have found that Pi3 are especially pronounced in the pre-midnight sector with amplitude of up to 300 nT and duration of up to 2.5 hrs. The pulsation amplitude rapidly decreased with decreasing latitude from Ф′=72° to Ф′=63°. The event was recorded during the steady magnetospheric convection. In the southward B z component of the interplanetary magnetic field, irregular oscillations were detected in the Pi3 frequency range. They correspond to slow magnetosonic waves occurring without noticeable variations in the dynamic pressure P d. Ground-based geomagnetic observations have shown azimuthal propagation of pulsations with a 0.6-10.6 km/s velocity east and west of the midnight meridian. An analysis of the dynamics of pulsations along the meridian has revealed their propagation to the equator at a velocity 0.75-7.87 km/s. In the projection onto the magnetosphere, the velocities are close in magnitude to the observed propagation velocities of substorm injected electrons. In the dawn-side magnetosphere during ground-observed Pi3 pulsations, compression mode oscillations were recorded. We conclude that propagation of geomagnetic field oscillations in this event depends on the dynamics of particle injections under the action of a large-scale electric field of magnetospheric convection, which causes the plasma to move to Earth due to reconnection in the magnetotail. Small-scale oscillations in the magnetosphere were secondary, excited by the solar wind oscillations penetrated into the magnetosphere.

Еще

Список литературы Особенности возбуждения и распространения по азимуту и меридиану длиннопериодных PI3 колебаний геомагнитного поля 8 декабря 2017 г

  • Белаховский В.Б., Пилипенко В.А., Самсонов С.Н. Pi3-пульсации и их связь с потоками заряженных частиц в магнитосфере и ионосфере // Proc. XXXVIII Annual Seminar "Physics of Auroral Phenomena". Apatity. 2015. P. 71-74.
  • Гульельми А.В., Золотухина Н.А. Возбуждение альфвеновских колебаний магнитосферы асимметричным кольцевым током // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1980. Вып. 50. С. 129-138.
  • Клибанова Ю.Ю., Мишин В.В., Цэгмэд Б. Особенности дневных длиннопериодных пульсаций, наблюдаемых во время импульса солнечного ветра на фоне суббури 1 августа 1998 г. // Космические исследования. 2014. Т. 52, № 6. C. 459-467.
  • Костарев Д.В., Магер П.Н. Дрейфово-компрессионные волны, распространяющиеся в направлении дрейфа энергичных электронов в магнитосфере // Солнечно-земная физика. 2017. Т. 3, № 3. C. 20-29. DOI: 10.12737/szf-33201703
  • Леонович А.С., Мазур В.А., Козлов Д.А. МГД-волны в геомагнитном хвосте: обзор // Солнечно-земная физика. 2015. Т. 1, вып. 1. С. 4-22.
  • Магер П.Н., Климушкин Д.Ю. Генерация альфвеновских волн движущейся неоднородностью плазмы в магнитосфере // Физика плазмы. 2007. Т. 33, № 5. C. 435-442.
  • Макаров Г.А., Соловьев С.И., Енгебретсон М., Юмото К. Азимутальное распространение геомагнитного внезапного импульса в высоких широтах при резком спаде плотности солнечного ветра 15 декабря 1995 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т. 42, № 1 С. 42-50.
  • Мишин В.В. О потоке волновой энергии в магнитосферу под действием пульсаций давления солнечного ветра // Исслед. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1996. Вып. 104. C. 182-185.
  • Моисеев А.В., Баишев Д.Г., Муллаяров В.А. и др. Развитие компрессионных длиннопериодных пульсаций на восстановительной фазе магнитной бури 23 мая 2007 г. // Космические исследования. 2016. Т. 54, № 1. C. 34-43.
  • Пархомов В.А., Мишин В.В., Леонович А.С. и др. Магнитосферный отклик в длиннопериодных геомагнитных пульсациях, Наблюдаемый во время множественных пересечений магнитопаузы cпутником "ИНТЕРБОЛ-1" // Солнечно-земная физика. 2005. Вып. 8. С. 161-163.
  • Alimaganbetov M., Streltsov A.V. ULF waves observed during substorms in the solar wind and on the ground // J. Atmosph. Solar-Terr. Phys. 2018. V. 181. P. 10-18.
  • Angelopoulos V., Chapman J.A., Mozer F.S., et al. Plasma sheet electromagnetic power generation and its dissipation along auroral field lines // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. P. 1181.
  • DOI: 10.1029/2001JA900136
  • Baumjohann W., Treumann R.A. Basic Space Plasma Physics. London: Imperial College Press, 1996. 340 p. DOI: 10.1142/p015.
  • Beharrell M., Kavanagh A.J., Honary F. On the origin of high-m magnetospheric waves // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 2010. V. 115, A2.
  • DOI: 10.1029/2009JA014709
  • Coronity F.V., Kennell C.F. Changes of magnetospheric configuration during the substorm growth phase // J. Geophys. Res. 1972. V. 77. P. 3361-3370.
  • Gjerloev J.W. The SuperMAG data processing technique // J. Geophys. Res. 2012. V. 117, A09213. 10.1029/ 2012JA017683.
  • DOI: 10.1029/2012JA017683
  • Hasegawa A. Drift mirror instability in the magnetosphere // Physics of Fluids. 1969. V. 12. P. 2642-2650.
  • Keiling A. Alfvén waves and their roles in the dynamics of the Earth's magnetotail: A review // Space Sci. Rev. 2009. V. 142. P. 73-156.
  • Keiling A., Parks G.K., Wygant J.R., et al. Some properties of Alfvén waves: Observations in the tail lobes and the plasma sheet boundary layer // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, A10S11.
  • DOI: 10.1029/2004JA010907
  • Kepko L., Spence H.E., Singer H.J. ULF waves in the solar wind as direct drivers of magnetospheric pulsations // Geophys. Res. Lett. 2002. V. 29. P. 1197.
  • DOI: 10.1029/2001GL014405
  • Kepko L., Spence H.E. Observations of discrete, global magnetospheric oscillations directly driven by solar wind density variations // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. P. 1257.
  • DOI: 10.1029/2002JA009676
  • Kessel R.L., Mann I.R., Fung S.F., et al. Correlation of Pc5 wave power inside and outside the magnetosphere during high speed streams // Ann. Geophys. 2004. V. 22. P. 629-641.
  • Kiselev B.V., Raspopov O.M. Excitation of Pi3 pulsations during substoms // Proc. IAGA Meeting of Unmanned Observatories in Antarctica. Tokyo, 1976. P. 88.
  • Kozlovsky A., Lakkala T., Kangas J., Aikio A. Response of the quiet auroral arc motion to ionospheric convection variations // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 21463-21474.
  • Leonovich A.S., Mishin V.V., Cao J.B. Penetration of magnetosonic waves into the magnetosphere: influence of a transition layer // Annales Geophysicae. 2003. V. 21. P. 1083-1093.
  • Li W., Thorne R.M., Bortnik J., et al. Modulation of whistler mode chorus waves: 1. Role of compressional Pc4-5 pulsations // J. Geophys. Res. 2011. V. 116, A06205.
  • DOI: 10.1029/2010JA016312
  • Mager P.N., Klimushkin D.Yu., Kostarev D.V. Drift-compressional modes generated by inverted plasma distributions in the magnetosphere // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013. V. 118. P. 4915-4923.
  • DOI: 10.1002/jgra.50471
  • McKenzie J.F. Hydromagnetic wave interaction with the magnetopause and the bow shock // Planetary and Space Sci. 1970. V. 18. P. 1-23.
  • Mishin V.V. Accelerated motions of the magnetopause as a trigger of the Kelvin-Helmholtz instability // J. Geophys. Res. 1993. V. 98, N A12. P. 21365-21372.
  • Parkhomov V.А., Borodkova N.L., Eselevich V.G., et al. Solar wind diamagnetic structures as a source of substorm-like disturbances // J. Atmosph. Solar-Terr. Phys. 2018. V. 181. P. 55-67.
  • Pytte T., McPherron R.L., Hones E.W.Jr., West H.I.Jr. Multiple-satellite studies of magnetospheric substorms. III. Distinction between polar substorms and convection-driven negative bays // J. Geophys. Res. 1978. V. 83, N. A2. P. 663-679.
  • Reeves G.D., Henderson M.G., McLachlan P.S., et al. Radial propagation of substorm injections // Proc. the Third International Conference on Substorms. Eur. Space Agency Spec. Publ. 1996. ESA SP-389. P. 579.
  • Rostoker G., Barichello J.C. Seasonal and diurnal variation of Ps6 magnetic disturbances // J. Geophys. Res. 1980. V. 85. P. 161.
  • Russell A.J.B., Wright A.N., Streltsov A.V. Production of small-scale Alfvén waves by ionospheric depletion, nonlinear magnetosphere-ionosphere coupling and phase mixing // J. Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 1450-1460. 10.1002/ jgra.50168.
  • DOI: 10.1002/jgra.50168
  • Saito T. Long-period irregular magnetic pulsations Pi3 // Space Sci. Rev. 1978. P. 427.
  • Saito T., Matsushita S. Geomagnetic pulsations associated with sudden commencements and sudden impulses // Planetary Space Sci. 1967. V. 15. P. 573-587.
  • Sergeev V.A., Pellinen R.J., Pulkkinen T.I. Steady magnetospheric convection: A review of recent results // Space Sci. Rev. 1996. V. 75. P. 551.
  • Solovyev S.I., Baishev D.G., Barkova E.S., et al. Structure of disturbances in the dayside and nightside ionosphere during periods of negative interplanetary magnetic field Bz // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1999. V. 104. P. 28019-28039.
  • DOI: 10.1029/1999JA900286
  • Spanswick E., Donovan E., Liu W., et al. Substorm Associated Spikes in High Energy Particle Precipitation The Inner Magnetosphere: Physics and Modeling. Geophysical Monograph Ser. AGU, 2005.
  • DOI: 10.1029/155GM24
  • Van de Hulst H.C. Problems of Cosmical Aerodynamics. Dayton, OH: Central Air Documents Office, 1951. P. 45.
  • Viall N.M., Kepko L., Spence H.E. Inherent length-scales of periodic solar wind number density structures // J. Geophys. Res. 2008. V. 113, N A07101.
  • DOI: 10.1029/2007JA012881
  • Woch J., Kremser G., Pokhotelov O.A., et al. Curvature-driven drift mirror instability in the magnetosphere // Planetary Space Sci. 1988. V. 36. P. 383-393.
  • Woch J., Kremser G., Korth A. A comprehensive investigation of compressional ULF waves observed in the ring current // J. Geophys. Res. 1990. V. 95. P. 15113-15132.
  • DOI: 10.1029/JA095iA09p15113
  • Wygant J.R., Keiling A., Cattell C.A., et al. Evidence for kinetic Alfvén waves and parallel electron energization at (4-6)RE altitudes in the plasma sheet boundary layer // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. P. 1201.
  • DOI: 10.1029/2001JA900113
  • Yeoman T., Tian M., Lester M., Jones T.B. A study of Pc5 hydromagnetic waves with equatorward phase propagation // Planetary and Space Sci. 1992. V. 40, N 6. P. 797-810.
  • Yeoman T.K., Wright D.M. ULF waves with drift resonance and drift-bounce resonance energy sources as observed in artificially-induced HF radar backscatter // Ann. Geophys. 2000. V. 19. P. 159-170.
  • URL: http://supermag.jhuapl.edu/mag (дата обращения 12 марта 2020 г.).
  • URL: http://www.serc.kyushu-u.ac.jp/magdas (дата обращения 12 марта 2020 г.).
  • URL: http://themis.ssl.berkeley.edu/gmag_desc.shtml (дата обращения 12 марта 2020 г.).
  • URL: http://cdaweb.gsfc.nasa.gov (дата обращения 12 марта 2020 г.).
  • URL: https://www.ngdc.noaa.gov/stp/satellite/ goes/dataaccess.html (дата обращения 12 марта 2020 г.).
  • URL: https://www.mathworks.com/help/signal/ref/filtfilt. html (дата обращения 12 марта 2020 г.).
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp