Спектральный анализ авроральных токов

Кеограммы , полученные камерами полного обзора неба , позволяют найти случаи авроральной активности , в кото рых наблюдались квазистационарные дискретные полярные сияния . Магнитовариационные данные наземных магнито метров используются для спектрального анализа авроральных токов такого события . Спектральный анализ применяется к магниторазностным данным , т . е . к разностям магнитных полей , измеренных на соседних станциях . Такой подход по зволяет выделить сигнал локального ионосферного тока и практически устранить сигналы удаленных источников маг нитных полей . Спектральный анализ осуществляется численной обработкой измерений , которая включает дискретное преобразование Фурье и фильтрацию с помощью спектрального окна . Фильтрация с наименьшей разрешающей способ ностью окна выявляет спектр , который содержит широкие максимумы мощности с эквидистантными пиками выделен ных частот . Полученный дискретный спектр указывает на существование авроральной токовой системы , обладающей определенной структурой .

The keograms taken by full survey cameras enable us to find auroral activity cases with quasistationary discrete polar aurorae observed. Geomagnetic-variation data from ground-based magnetometers are used for the spectral analysis of auroral currents in such an event. The spectral analysis is applied to magneto-differential data; i.e., to magnetic field differences measured at neighbouring stations. This approach allows us to isolate a signal of the local ionospheric current and remove signals of distant magnetic-field sources. The spectral analysis is conducted with the numerical measurement processing that includes the discrete Fourier transformation and the filtration by the spectral window. The filtration with the lowest window resolution reveals the spectrum that involves wide power maxima with equidistant dedicated-frequency peaks. The discrete spectrum is evidence of the existence of the auroral current system with a certain structure.

Происхождение полярных сияний связывают с продольными токами , текущими вдоль высокоши ротных магнитных силовых линий [1]. Продольные токи , в свою очередь , являются частью токовых сис тем , включающих как магнитосферные , так и ионо сферные токи [2, 3]. Экспериментальные измерения токов обычно осуществляются магнитометрами . Наземные магнитометры , например приборы сети IMAGE [4], измеряют магнитное поле холловских токов в ионосфере . Для проведения спектрального анализа измерений необходимо , чтобы временной ряд данных был близок к стационарному . Этого можно добиться , выбирая наблюдения квази - стационарных полярных сияний с помощью камер полного обзора неба , например камер сети MIRACLE. Для анализа было выбрано авроральное собы тие , которое наблюдалось 31.12.2005 с 15:00 до 19:00 UT. Результаты спектрального анализа деся тисекундных магниторазностных данных , получен ных на станциях Bear Island и Soroya, показаны на рисунке . Кривая 4 представляет результат быстрого преобразования Фурье . Кривые 3, 2 и 1 показывают результаты последовательного понижения разреше ния спектрального окна . Наименьшее разрешение (1) дает спектр эквидистантных выделенных частот . Наиболее вероятным источником такого спектра является вращающийся генератор , а именно вихрь магнитосферной конвекции . Частоты гармоник вращающегося источника должны быть кратны це лым числам , а угловая частота основной гармоники соответствует скорости вращения генератора . Час тотные пики на рисунке отличаются от пропорцио нального спектра смещением в сторону высоких частот . Возможное объяснение этому состоит в эф фекте Доплера , возникающем в результате увлече ния ионосферного газа магнитосферной конвекцией .

Эффект увлечения нейтрального газа конвекцией неоднократно изучался с помощью численного мо делирования [5, 6]. Поскольку ионосферный газ вращается в ту же сторону , что и конвекция , враще ние газа повышает частоты всех гармоник на одну и ту же величину . Истинная скорость вращения гене ратора в этом случае определяется частотным рас стоянием между соседними пиками и соответствует периоду около 13 мин . Альтернативным источни ком эквидистантного спектра мог быть резонанс магнитной силовой линии . Однако сравнение с теоре -

Спектры магниторазностных данных , полученных

31.12.2005 по станциям BJN, SOR с 15:00 до 19:00 UT.

Спектральный анализ авроральных токов

тическими оценками [7] показывает , что обнару женные частоты являются слишком низкими для такого резонанса , кроме того , наблюдение боль шого числа гармоник требует высокой добротно сти резонатора . Немонотонное поведение спек тральной мощности четвертой и восьмой гармо ник (1) позволяет предположить , что резонанс наблюдался на этих частотах .

Работа наблюдательных сетей MIRACLE и IMAGE поддерживается международным проек том под эгидой Финского метеорологического института .

Данная работа поддержана РФФИ , проект 0705-00104.