Статьи журнала - Солнечно-земная физика
Все статьи: 599
Поведение электронной концентрации в ионосфере над Норильском в период спада солнечной активности
Статья научная
Представлены результаты аппроксимации массива значений электронной концентрации Ne, полученных с помощью дигизонда в годы спада солнечной активности (2003-2006 гг.) на высокоширотной ст. Норильск (69.40° N, 88.10° E). Расчеты выполнены по авторской полуэмпирической модели с использованием новых коэффициентов, рассчитанных конкретно для ст. Норильск. Получены высотные изменения годовых вариаций дневной Ne на высотах слоя F1 ионосферы (120-200 км). Аппроксимация экспериментальных данных вполне удовлетворительно описывает Ne на указанных высотах. Тем не менее наблюдаются периоды, когда существуют достаточно отчетливые отклонения модельных величин от эксперимента. Присутствие в эти периоды значительных геомагнитных возмущений, возможно, является одной из причин таких отклонений.
Бесплатно
Подавление поверхностных мод на дневной магнитопаузе
Статья научная
В геофизической литературе активно обсуждается гипотеза о том, что поверхностные волны на магнитопаузе могли бы быть источником дневных широкополосных пульсаций диапазона Pc5-6 (~1-2 мГц) на околокасповых широтах. Однако первые попытки найти наземный отклик на эти колебания не дали обнадеживающих результатов. Так, сопоставление дневной границы открытых и замкнутых силовых линий (т. н. OCB - Open-Closed field line Boundary) по данным радара SuperDARN с пространственной структурой Pc5-6 пульсаций, зарегистрированных на сети магнитометров на околокасповых широтах, показало, что спектральная мощность этих пульсаций имеет максимум преимущественно на 2-3° более внутренних оболочках магнитосферы, чем положение OCB. Дополнительно связь между OCB и геомагнитными пульсациями исследована путем сопоставления профиля мощности дневных пульсаций с экваториальной границей аврорального овала, определяемой по красной кислородной эмиссии по данным сканирующего фотометра на Свалбарде. В большинстве проанализированных событий «эпицентр» мощности Pc5-6 пульсаций оказался примерно на 1-2° более низкой широте, чем OCB, определенной по оптическим данным...
Бесплатно
Подход к восстановлению геомагнитных данных на базе концепции цифровых двойников
Статья научная
Ни одна наземная магнитная станция или обсерватория не гарантирует качество получаемой и передаваемой информации. Пропуски данных, выбросы и аномальные значения являются распространенной проблемой, касающейся практически любой сети наземных магнитометров и затрудняющей эффективную обработку и анализ экспериментальных данных. Обеспечение мониторинга надежности и повышение качества работы аппаратно-программных модулей, входящих в состав магнитных станций, возможно за счет разработки их виртуальных моделей, или так называемых цифровых двойников. В настоящей работе на примере сети высокоширотных магнитометров IMAGE рассматривается один из возможных подходов к созданию моделей такого рода. Обосновано использование цифровых двойников магнитных станций для минимизации ряда проблем и ограничений, связанных с наличием выбросов и пропущенных значений во временных рядах геомагнитных данных, а также для обеспечения возможности ретроспективного прогноза параметров геомагнитного поля со среднеквадратической ошибкой в авроральной зоне до 11.5 нТл. Интеграция цифровых двойников в процессы сбора и регистрации геомагнитных данных реализует возможность автоматической идентификации и замещения отсутствующих и аномальных значений, таким образом повышая за счет эффекта резервирования отказоустойчивость магнитной станции как объекта-источника данных. На примере цифрового двойника станции «Kilpisjärvi» (Финляндия) показано, что предлагаемый подход реализует восстановление 99.55 % годовой информации, при этом 86.73 % - с ошибкой, не превышающей 12 нТл.
Бесплатно
Показатели изменчивости ионосферы во время геомагнитных бурь по наблюдениям GPS
Статья научная
Индексы положительной и отрицательной возмущенности полного содержания электронов NT в ионосфере и плазмосфере градуированы по степени логарифмических отклонений от спокойной медианы за предыдущие 27 дней. Использованы данные мировых карт GPS-IONEX вдоль меридиана 30° Е на широтах от 10 до 60° N за 1999-2006 гг. Шкала индексов NT определяет спокойные условия, умеренные возмущения, умеренные бури и сильные бури в ионосфере. Сравнение индексов NT с 69 интенсивными магнитными бурями при DstT без последующего спада, около 30 % составляют случаи отрицательной фазы бури NT без положительной фазы и менее 50 % - бури с известной схемой общего типа положительной и отрицательной фаз NT.
Бесплатно
Статья научная
Приведены характеристики научной аппаратуры «Пингвин-М», предназначенной для измерения степени линейной поляризации рентгеновского излучения солнечных вспышек в энергетическом диапазоне 20 кэВ-150 кэВ. Аппаратура позволяет также получать энергетические спектры излучения вспышек в диапазоне 2-500 кэВ. Высокие технические характеристики (чувствительность и энергетическое разрешение) поляриметра «Пингвин-М» позволяют проводить исследование процессов накопления магнитной энергии и ее трансформации в энергию ускоренных частиц, их распространения во вспышечной плазме и генерации излучения даже для слабых вспышек.
Бесплатно
Поток электромагнитной энергии из солнечного ветра в магнитосферу Земли
Статья научная
Существуют хорошо известные функции связи солнечный ветер - магнитосфера типа F(Xi), где Xi - наблюдаемые (измеряемые) параметры, которые могут оказывать существенное влияние на энергию и импульс, переносимые в магнитосферу из солнечного ветра. Некоторые из этих функций дают оценки потока энергии (здесь и далее поток Пойнтинга, е), например, е=еa - поток Пойнтинга по [1]. Различные функции F(Xi) используют широкий набор наблюдаемых параметров X, но даже наилучшие из этих функций не удовлетворительны. В этой связи авторы данной работы предлагают новый метод расчета потока Пойнтинга е=е*, основанный на параметрах Чи B L, которые доступны в настоящее время из наземных и спутниковых измерений, но ранее не использовались. Здесь Ч> и BL - магнитный поток через полярную шапку и магнитное поле в доле хвоста соответственно. Первые пробы нового метода дали обещающие результаты: a) найдено, что корреляция е* с соответствующими наблюдаемыми данными выше, чем аналогичная корреляция еa; б) калибровочный коэффициент в уравнении для е*, в противоположность коэффициенту для еa, может быть вычислен как функция переменных граничных и внутримагнитосферных условий.
Бесплатно
Предвспышечная ситуация, наблюдаемая за два солнечных оборота до вспышки 13 декабря 2006 г
Статья научная
Анализируется предвспышечная ситуация, наблюдавшаяся за два солнечных оборота до вспышки 13 декабря 2006. Представлены экспериментальные данные со спутников GOES, ACE, SOHO, а также результаты наземного эксперимента, проводимого в Геофизическом центре РАН и ИЗМИРАН по регистрации тепловых и быстрых нейтронов. Показано, что предвспышечный период характеризуется появлением активной области на Солнце, в которой произошла указанная вспышка, формированием корональных образований и выбросов их в межпланетное пространство, появлением в межпланетном пространстве упорядоченных магнитных структур, заполненных заряженными частицами. Магнитные ловушки этих структур полностью контролируют поведение частиц, попавших в эту область. Именно появление в межпланетной среде потоков частиц различных энергий с подобными временными профилями свидетельствует о появлении там крупномасштабных структур, а следовательно, и активных центров на Солнце, развитие которых будет сопровождаться вспышками солнечных космических лучей. Отмечено, что чем выше энергия протонов, захваченных магнитной ловушкой в предвспышечный период, тем выше энергия частиц, генерированных во время вспышки.
Бесплатно
Прецизионное ориентирование и сборка пластин фильтра Шольца
Статья научная
В работе сравниваются различные способы ориентации кристаллических пластин фильтра Шольца, модуляционные и немодуляционные. Разработано контрольное устройство для модуляционного ориентирования пластин с одновременной их сборкой в оптическую стопу фильтра. Анализируются возможности ориентирования при различных значениях фазового сдвига контролируемой пластины, влияние ширины полосы излучения источника света и точности установки оптических элементов на выходной сигнал. Разработано устройство для сборки кристаллических пластинок в единую стопу фильтра Шольца.
Бесплатно
Статья научная
Выполнен сравнительный анализ измерений полного потока излучения Солнца в шкалах ACRIM и PMOD. Анализ интегрированных разностей одновременных измерений потока излучения позволил оценить систематические различия, которые со временем приводят к накоплению больших ошибок. Измерения потока излучения в шкалах ACRIM и PMOD приведены к промежуточной радиометрической шкале путем коррекции данных за систематические ошибки. Скорректированные измерения в единой шкале согласуются и представляют компромисс между исходными наборами данных. Измерения в промежуточной шкале показывают изменения потока излучения между минимумами солнечной активности в 1986, 1996, 2008 гг. Амплитуда этих изменений сравнима с неопределенностью их долговременных трендов, что ставит под сомнение оценки вековых вариаций светимости Солнца, полученные ранее.
Бесплатно
Приемные векторы мюонного телескопа станции космических лучей «Новосибирск»
Статья научная
Метод приемных векторов позволяет определять анизотропию космических лучей в каждый момент времени и делает возможным исследование быстрых флуктуаций анизотропии, связанных с динамикой межпланетной среды. Приемные векторы рассчитывались ранее для нейтронных мониторов и мюонных телескопов. Однако большая часть мюонных телескопов сети станций космических лучей, для которых были выполнены расчеты, в настоящее время не работает. В последние годы появился ряд новых, более совершенных детекторов, использование которых, к сожалению, ограничено отсутствием для них приемных коэффициентов. К таким детекторам относится и матричный телескоп в Новосибирске. В связи с этим определены компоненты приемных векторов системы мюонных телескопов наблюдательного комплекса космических лучей станции «Новосибирск». При этом были учтены конструктивные особенности установки, ее ориентация, диаграммы направленности в зависимости от зенитного и азимутального углов, коэффициенты связи системы телескопов, найденные экспериментально методом пробного детектора.
Бесплатно
Признаки аномального поведения ионосферы в 2003-2014 гг. на высотах слоя F1 над Иркутском
Статья научная
Обнаружено аномальное повышение электронной концентрации Ne в зимние месяцы над Иркутском в отдельные годы периода 2003-2014 гг. Эффект проявился при сравнении экспериментальных значений, полученных с помощью Иркутского дигизонда, с модельными расчетами на высотах слоя F1 (120-200 км). Были найдены две аномальные временные зоны. Первая включает в себя 2003-2006 гг. и прилегает к периоду минимума солнечной активности. В этой зоне 2003 г. - год максимального проявления зимнего повышения Ne по всему периоду исследований. Вторая аномальная зона - 2012, 2013, 2014 гг. - включает в себя год максимума солнечной активности. Мы исследовали возможные причины, влияющие на изменение Ne зимой на высотах слоя F1 во все рассматриваемые годы. Обнаружено, что основным фактором, вызывающим зимние аномальные повышения Ne, являются значительные геомагнитные возмущения в отмеченные временные зоны.
Бесплатно
Применение метода наибольших вкладов в технике инверсии магнитограмм
Статья научная
Основы созданного Гауссом сферического гармонического анализа (СГА) геомагнитного поля приобрели классическую форму Чепмена-Шмидта в первой половине ХХ в. В отечественной геомагнитологии метод СГА активно развивался в ИЗМИРАНе, а с началом космической эры - и в ИСЗФ СО РАН, где со временем СГА стал основой комплексного метода ТИМ (техники инверсии магнитограмм). СГА решает обратную задачу теории потенциала, в которой рассчитываются источники поля геомагнитных вариаций (ПГВ) - внутренние и внешние электрические токи. В алгоритме СГА формируется система линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), включающая 3 K уравнений (три компоненты вариаций геомагнитного поля, K - число наземных магнитных станций). Малые изменения левой и/или правой частей такой СЛАУ могут привести к значительному изменению неизвестных переменных. Как следствие, два последовательных момента времени с практически одинаковыми значениями ПГВ аппроксимируются значительно отличающимися коэффициентами СГА, что противоречит и логике, и реальным наблюдениям геомагнитного поля. Неустранимая погрешность магнитометров, как и различные методики определения ПГВ на магнитных станциях мировой сети, приводят также к неустойчивости решения СЛАУ. Для оптимального решения этой задачи около полувека назад в ИСЗФ СО РАН был разработан метод наибольших вкладов (МНВ) (Method of maximum contribution, MMC). В данной работе изложены основы этого оригинального метода, а также предложен ряд его модификаций, повышающих точность и/или скорость решения СЛАУ. Показано преимущество МНВ перед другими популярными методами, особенно для Южного полушария Земли.
Бесплатно
Природа вариаций гамма-излучения во время осадков Nature
Статья научная
В Полярном геофизическом институте создана комплексная установка, на которой ведется непрерывный мониторинг различных компонент вторичных космических лучей. Обнаружены возрастания гамма-излучения во время осадков. Возрастания происходят круглый год, вне зависимости от сезона. Серия экспериментов показала, что загрязнение осадков какими-либо радионуклидами естественного или искусственного происхождения отсутствует. Спектр излучения не имеет каких-либо характеристических линий элементов. Предложен механизм, удовлетворительно описывающий данное явление.
Бесплатно
Приэкваториальный резонатор для УНЧ-колебаний с учетом примеси тяжелых ионов в магнитосфере
Статья научная
Статья посвящена изучению продольной структуры колебаний Рс1 в мультикомпонентной (протоны и тяжелые ионы) космической плазме в случае квазипоперечного распространения волны (k┴≫ k|| ). Показано, что в районе экватора формируется резонатор, получены его собственные частоты.
Бесплатно
Проблемы климата как задача солнечно-земной физики
Статья научная
Рассматривается микроволновое излучение ионосферы, возмущенной в периоды солнечных вспышек и магнитных бурь, как фактор влияния на тропосферные характеристики. Предложена следующая схема нового радиооптического трехступенчатого триггерного механизма солнечно-магнитосферных - погодно-климатических связей: • трансформация в ионосфере поглощенных потоков солнечного ионизирующего излучения и корпускулярных потоков, высыпающихся из радиационных поясов и прямо из магнитосферы (как факторов влияния солнечной и геомагнитной активности), в поток микроволн (через возбуждение ридберговских состояний), которые свободно проникают до земной поверхности; • регулирование микроволновым ионосферным излучением скоростей образования и развала кластерных ионов водяных паров на тропосферных высотах; • вклад кластеров в образование облачности, контролирующей поступление солнечного излучения в тропосферу и уход теплового излучения подстилающей поверхности в космос.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена проблемам антропогенного воздействия на магнитосферу и литосферу. Воздействия такого рода относительно невелики, но они представляют существенный интерес как для физики солнечно-земных связей, так и для сейсмологии. Цель данной публикации состоит в том, чтобы привлечь внимание геофизиков к трудным вопросам, связанным с интерпретацией эффектов выходных дней и часовых меток, которые проявляются в недельной и 15-минутной модуляции магнитосферных колебаний Рс1 и землетрясений. Приведены основные сведения об эффектах выходных дней и часовых меток. Особое внимание уделено поиску периодичностей, которые присущи работе технологических систем и могут быть ответственны за упомянутые здесь эффекты. Методом синхронного детектирования проанализированы длинные ряды наблюдений, содержащиеся в каталогах Рс1 и землетрясений, а также в каталогах данных об электрической мощности, потребляемой крупным промышленным регионом, и молниевых разрядов. Впервые выделены скрытые периодичности индустриальной активности, которые могут быть ответственны за эффекты выходных дней и часовых меток. Основной вывод состоит в том, что заметное воздействие техносферы на магнитосферу и литосферу существует и поддается анализу методом синхронного детектирования. Однако вопрос о конкретных механизмах такого воздействия остается открытым.
Бесплатно
Проблемы теории магнитосферных волн РС1. Обзор
Статья научная
Ультранизкочастотные электромагнитные волны Рс1 (диапазон частот 0.2-5 Гц), известные также как ожерелья жемчужин (pearl necklace), представляют собой уникальное явление в физике околоземного космического пространства. Многие свойства жемчужин остаются загадкой, несмотря на исследования выдающихся космофизиков на протяжении более полувека. В предлагаемом обзоре мы кратко изложим основные положения так называемой стандартной модели, которая широко используется для интерпретации Рс1. Далее мы сосредоточим внимание на критике стандартной модели и выявлении открытых проблем теории Рс1. Общий вывод состоит в том, что необходима разработка новых идей вне рамок стандартной модели для понимания процессов возбуждения и распространения волн Рс1 в магнитосфере Земли.
Бесплатно
Статья обзорная
В работе рассмотрена связь максимальных среднесуточных значений потоков релятивистских электронов с энергией более 2 МэВ, полученных по измерениям на геостационарных спутниках GOES, в восстановительную фазу магнитных бурь с параметрами солнечного ветра и индексами магнитосферной активности. Наряду с традиционными индексами геомагнитной активности (AE, Kp, Dst) использованы параметры геомагнитных пульсаций типов Рс5 и Pi1, а также параметры потока релятивистских электронов в предбуревой период и в главную фазу магнитных бурь. Предложена простая модель прогноза потоков релятивистских электронов для первых трех дней фазы восстановления магнитной бури. Прогнозируемые значения уровня потока релятивистских электронов внешнего радиационного пояса имеют высокую степень корреляции с наблюдаемыми значениями (R ~ 0.8-0.9).
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты прогноза максимальных применимых частот (МПЧ) на среднеширотных трассах на основе комплексного алгоритма, включающего модули глобальной модели ионосферы и плазмосферы (ГМИП) и модели распространения радиоволн. Расчет характеристик распространения декаметровых радиоволн проводится в рамках метода нормальных волн. ГМИП, разработанная в ИСЗФ СО РАН, позволяет по минимальному набору входных данных рассчитывать профили электронной концентрации и эффективной частоты соударений с учетом физических процессов в верхней атмосфере Земли. Для оценки эффективности использования ГМИП при долгосрочном прогнозе условий распространения радиоволн были проведены расчеты МПЧ радиосвязи в различных гелиогеофизических условиях. Для получения точностных характеристик прогноза МПЧ привлекались экспериментальные данные наклонного зондирования на трассах Магадан-Иркутск, Хабаровск-Иркутск, Норильск-Иркутск. Данные трассы оборудованы современными средствами диагностики ионосферы при наклонном зондировании непрерывным линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) сигналом. Проведено сопоставление результатов прогноза МПЧ по ГМИП с расчетами, выполненными по модели IRI.
Бесплатно
