Роль токов Каулинга и Холла в формировании западной авроральной электроструи
Автор: Мишин В., Сапронова Д., Базаржапов А., Кузьминых Ю.
Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika
Рубрика: Физика магнитосферы
Статья в выпуске: 12 т.1, 2008 года.
Бесплатный доступ
В общепринятой модели западная авроральная электроструя (AEJ-W) вблизи полуночи (разгрузочная электроструя) создается в ходе суббури как ток Каулинга в канале усиленной электропроводности ионосферы. В настоящей работе получены наблюдаемая интенсивность AEJ-W Jw и оценки вкладов, которые были созданы током Каулинга J*cow в некоторых интервалах времени и током Холла J*H в других. Значения J*cow и J*H вычислены по данным наблюдаемых продольных токов, обрамляющих AEJ-W. Сделан вывод, что разгрузочная электроструя может быть создана током Каулинга, но также током Холла, что наблюдалось даже чаще.
Короткий адрес: https://sciup.org/142103312
IDR: 142103312
Текст научной статьи Роль токов Каулинга и Холла в формировании западной авроральной электроструи
Общепринятая модель и новые данные
В общепринятой модели [1] западная электроструя (AEJ-W) во время суббури инициируется вблизи полуночи начальным электрическим полем E 0 в канале усиленной проводимости ионосферы. Как результат, возникает западный ток Каулинга J cow = E 0(Σ P +Σ2 H /Σ P ), ответственный за AEJ-W. Однако необходимые данные о продольных токах (ПТ) не были учтены в названной модели, так как в то время их не было. Типичные примеры новых данных о ПТ показаны на рис. 1 для суббури 27.08.2001 г. [2]. Представлены данные, полученные на основе техники инверсии магнитограмм (ТИМ) [3] для моментов времени 04:01 and 04:12 UT – перед фазой расширения (expansion phase) и в начале ее.
На рис. 1, б видно, что токи Педерсена, соединяющие втекающий и вытекающий ПТ в трехмерных системах MCS-1 (meridian current system) и MCS-0, текут через AEJ-W не на запад. Можно видеть также на рис. 1, в , что электрическое поле в AEJ-W вблизи полуночи в рассматриваемые моменты направлено скорее на юг, чем на запад. Эти фак-
E = J mc^p L mcs , j H = ^ H [ E, B ] / B, j *H =^HE , j H= k J MCS / L MCS, k = E h / E p , J * * H = j * H L NS ,
J H= k JMCS( L NS/ L MCS). Модельные значения J * k =2.
H вычислены сначала при
ты использованы при вычислении интенсивности
тока Холла J *H в районе MCS-1 AEJ-W. Интенсивность тока Каулинга оценивалась как разность
J *
cow
= J w – J * H .
Уравнения модели и результаты
Обозначим интенсивность ПТ, замыкающихся поперек AEJ-W внутри MCS-1, а также долготный и широтный размеры MCS-1 символами J * MCS , L MCS , и L NS соответственно. Тогда плотность меридионального тока Педерсена есть j * P = J * MCS / L MCS , а плотность тока Холла j * H = J * H / L NS = j * P k , где k = Σ H /Σ P и J * H – модельная интенсивность тока Холла. Размеры L MCS и L NS измерены на картах ПТ и эквивалентных токов. Обозначим также E и B – векторы магнитного и электрического полей. Далее, принимая предположения, очевидные из дальнейшего, имеем:
j p = ^ p E,
j P= J MCS / L MCS,
Предположение (10) – это среднее значение, полученное измерениями в ходе суббурь [4], и оно согласуется со значениями ΣН и ΣP в независимой модели ТИМ для рассмотренной суб бури [2]. Результаты вычислений приведены на рис. 2. Значения J w – интенсивность эквивалентных токов. Можно видеть, что значения J w и J * H совпадают с точностью до 10 % в интервале 04:00–04:22 UT при k =2. Принимая, что диапазон вероятных значений есть к =2 ^ 4, мы заключаем, что в наблюдаемой электроструе в названном временном интервале доминировал вклад тока Холла, а не тока Каулинга. С другой стороны, в интервале 04:24–04:30 UT невозможно получить равные значения J w и J* H , выбирая значение к в диапазоне 2 ^ 4. Следовательно, в 09:1509:24 UT основной предполагаемый вклад в AEJ-W с озд авал ток Каулинга.
Авторы благодарят за техническую помощь и обсуждения. Т. Сайфудинову, Ю. Караваева и М. Толочко ; за обеспечение использованного материала наблюдений – команды ACE, WIND, INTERMAGNET, GIMA (Аляска, Университет), DMI (Копенгаген), ИКФИА (Якутск); Canopus, Image, MACCS, WDC-C2; K. Yumoto (Нагойя, Университет), O. Трошичева (AARI), E. Харина (WDC-B), Б.М. Шевцова и А. Винницкого (ИКИР); ИКФИА (Якутск); С. Хомутова (Новосибирск, обсерватория), O. Кусонского (Арти, обсерватория). Работа поддержана грантами РФФИ 05-0565-170 и INTAS 06-100013-8823.
В . М . Мишин , Л . А . Сапронова , А . Д . Базаржапов , Ю .B. Кузьминых
Рис . 1. Показаны карты эквивалентных токов и западная и восточная электроструи ( а ), также изолинии плотности ПТ ( втекающие ПТ – сплошные , вытекающие – пунктирные линии ) ( б ), и и изолинии электрического потенциала в ионо сфере . На рис . 1, б снова показаны две электроструи и ( толстыми черными линиями )) граници зон ПТ Ииджимы и По - темры . Пары противоположно направленных ПТ ( выше и ниже электроструй по широте ) соединены толстыми дугами . Видно , что каждая пара принадлежит одной из МС S: MCS-0, MCS-1, или MCS-2. AEJ-W в 0412 UT течет внутри MCS-1 и MCS-0.
27.08.2001
Рис . 2. Наблюдаемая интенсивность западной электро струи J w и модельная интенсивность J *H.
