Реакция магнитосферы на скачок давления солнечного ветра в зависимости от направления поворота межпланетного магнитного поля на фронте ударной волны

A usual magnetosphere response to jump of the solar wind dynamic pressure in the low latitudes on the Earth’s surface is an abrupt increase of the geomagnetic field at all longitudes at a time. However, this response depends on conditions in the interplanetary magnetic field (IMF). This study shows that a usual magnetosphere response takes place when the IMF Bz turns from zero to the south. When this component turns from zero to the north, the low-latitude geomagnetic field directed to the north may intensify at night and decay (or even turn to the south) by day.

Обычный отклик на скачок динамического давления солнечного ветра

Внезапное возрастание динамического давления солнечного ветра вызывает сжатие магнитосферы , которое проявляется в глобальном усилении маг нитного поля . В частности , обычно на низких широ тах на поверхности Земли увеличивается направ ленное на север поле . В работе [1] показано , что направленные на север магнитные возмущения , воз никающие в результате сжатия магнитосферы , ока зываются б олее сильными на дневной стороне Зем ли , чем на ночной . Мы рассматриваем магнитные возмущения длительностью от 5 мин до одного ча са . К ним не относятся короткоживущие колебания , связанные с гидромагнитными волнами сжатия .

Типичный отклик магнитосферы рассчитывался нами для 4 августа 1999 г . По данным спутника ACE, находящегося вверх по потоку в точке либра ции L1, внезапное возрастание динамического давле ния солнечного ветра с одновременным поворотом от B z ~ 0 к югу было зарегистрировано в 01:15 UT. На земные магнитометры на низких и средних широтах измерили соответствующие возмущения в 02:22 UT - одновременно на всех долготах усилилось на правленное на север магнитное поле .

Расчеты проводились по аппроксимационным формулам, полученным при использовании параболоидной модели магнитосферы [2]. Наибольший вклад в магнитные возмущения, связанные со скачком давления, дают токи магнитопаузы: ΔBmp-noon = 20.6 нТл днем и ΔBmp-night = 15.7 нТл ночью. Магнитные возмущения токов хвоста: ΔBt-noon = -3 нТл днем и ΔBt-night = -4.7 нТл ночью. Суммарное возмущение магнитного поля на Земле составило ΔBnoon = 20.6 – 3 = 17.6 нТл днем и ΔBnight = 15.7 - 4.7 = 11 нТл ночью. Для сопоставления с результатами расчетов данные измерений наземного магнитного поля исправлялись с учетом диамагнетизма токов внутри Земли (вводился коэффи- циент 1/1.3). При этом измеренные возмущения составили 15.3 нТл днем и 9.3 нТл ночью. Таким образом, с точностью до ~2 нТл численные расчеты магнитного поля возмущенных токовых систем описывают наблюдения.

Необычный отклик на скачок динамического давления солнечного ветра

Как нами было показано ранее [3], при повороте на фронте межпланетной ударной волны ММП к северу от почти горизонтального направления воз никает необычный отклик магнитного поля на низ ких широтах на поверхности Земли . Продемонстри руем это на примере события 24 сентября 1998 г .

Использовались данные по ММП и параметрам солнечного ветра , полученные на ИСЗ WIND. Ре гистрировался скачок давления солнечного ветра одновременно с поворотом ММП к северу . Возму щения магнитного поля на низких широтах носили асимметричный по долготе характер : ночью они были направлены на север , днем - на юг . Такую необычную реакцию на сжатие магнитосферы мы объяснили возникновением трехмерной токовой системы , связанной с образованием NBZ- токов при северном ММП , которую назвали переходной . Эта токовая система состоит из продольных токов NBZ и токов зоны 1, а также педерсеновских токов за мыкания на ионосфере в области открытых сило вых линий . В течение примерно 30–40 мин токи растекания по области замкнутых силовых линий практически отсутствуют , и на Земле в силу нару шения теоремы Фукушима может быть измерено магнитное поле переходной токов ой системы .

Магнитное возмущение , вызванное сжатием магнитосферы , составило на экваторе Земли по мо дельным расчетам 20.6 нТл . Магнитное поле пере ходной токовой системы 24 сентября 1998 г . на эк ваторе Земли было порядка B tcr z = ±36.8 нТл («+»

Е.С. Беленькая, И.И. Алексеев, Р. Клауэр ночью, «-» днем) при силе тока в системе J = 3 MA. Измеренные на экваторе Земли значения магнитных возмущений с учетом диамагнетизма токов внутри Земли составили –16.6 нТл днем и +50 нТл ночью. Эти значения можно представить как сумму однородного поля +16.7 нТл, описывающего возмущения постоянно существующих магнитосферных токовых систем, и асимметричного поля ±32 нТл («+» ночью, «-» днем), имитирующего поле переходной токовой системы. Таким образом, получено хорошее согласие с наблюдениями.

Заключение

При повороте ММП от B _z ~ 0 к B _z < 0 на низких широтах на Земле происходит глобальное возраста ние направленного к северу магнитного поля . При повороте ММП от B _z ~ 0 к B _z > 0 на экваторе Земли возникают магнитные возмущения , направленные к северу ночью и к югу днем .