Солнечно-земная
Физика

 "СиЗиФ"

Структура авроральной магнитосферы и взрывные процессы магнитосферной суббури

Л. Лазутин

страница 5

2.6. CRRES- 497 и 545. Р-Е-Р-Е структуры и энергетические спектры частиц.
2.6.1. Суббуря 14-15 февраля 1991 г.

Изолированная суббуря с резким ростом Ае от 300 до 1000 нТ началась в 23.47 UT. Рис.2.16 представляет 30 минут регистрации потока электронов, ионов и характеристик магнитного поля.

Рис 2.16 Регистрация потоков частиц и магнитного поля. Орбита КРЭС 497, 14-15.02.1991.

Структура возмущения была сложной. Чтобы избежать подробного описания, мы собрали данные о последовательности интенсификаций в таблице 3.

Таблица 3.

время, UT

тип

примечания

время, UT

тип

примечания

23.49 - .53

P

плавный рост протонов с дисперсией

23.55 -23.58

E1 Bz

несколько электронных активизаций + структурированная диполизация

23.53 - .54

P

быстрый рост протонов

23.57:30

P6

рост протонов , макс. PED

23.58:25 - .58:35

E9

рост энергичных электронов

23.59:00 - .59:20

Bz

главный скачек диполизации

00.01 - .03

P6

рост протонов

00.03 - .06

E3 Bz

рост электронов с дисперсией

00.07 - .10

E6 Bz

рост электронов и быстрая диполизация

00.08:15 - .08:18

P6

короткий всплеск протонов

00.08:20 - .08:24

E6 Bz

короткий всплеск электронов и Bz

В электронных данных мы выделяем три интенсификации: первая с очень мягким энергетическим спектром (23.55.50-23.58.20 UT); вторая следует немедленно за первой и характеризуется резким ростом интенсивности электронов во всех энергетических каналах (23.88.20 UT) с очень небольшой дисперсией по энергиям. Третья интенсификация (00.07 UT) отделена от второй несколькими минутами успокоения, связанного с ростом потока энергичных ионов и вытягивания в хвост магнитных силовых линий. Все три интенсификации прослеживаются на данных наземных магнитометров (рис.2.11). В дополнение перед первой интенсификацией, которая совпадает с резкой отрицательной бухтой на станции Ян Майэн, небольшая, но отчётливая бухта видна в Кируне и Тромсё. Эта интенсификация повидимому ответственна за возрастание ионов, зарегистрированное перед первой интенсификацией. Положение зеркальной точки CRRES'а над Гренландией соответствует этому предположению. Первая локализованная интенсификация, наиболее близкая к началу суббури, по протяжённости и спектральным характеристикам близка к первой интенсификации орбиты 484, разобранной выше.

Все три интенсификации отличаются одновременно как ростом потока электронов, так и диполизацией магнитного поля; это видно и в росте и наклонении силовой линии. Снова, как в случае 445, мы видим, что диполизация идёт не плавно, а отдельными скачками, с быстрыми положительными и отрицательными ступенями.
Энергичные протоны начали появляться за 6 минут до начала первого электронного возрастания и вызвали вариации магнитного поля (очевидно через геомагнитный эффект и действие дрейфового тока) противоположные эффектам диполизации. Особенно резко заметно уменьшение и вытягивание силовых линий между 23.52 и 23.56 UT. Аналогичные эффекты наблюдаются перед второй и третьей электронными интенсификациями.
Сравнение плотности энергии ионов и магнитного поля (рис.2.13) не столь впечатляюще, как в случае 445, потому что здесь спутник был над плоскостью экватора (Mag Lat= ) поэтому плотность энергии магнитного поля всегда выше, однако тенденции возрастания в период начала интенсификации видны отчётливо. Практически всегда в потоках протонов мы видим дисперсию по энергиям; в первом возрастании она очень невелика, что говорит о близости к спутнику восточного края области ускорения ионов. Обнаружение временной цепочки P-E-P-E как главной составляющей структуры активной фазы является важным результатом анализа орбиты 497. Есть, однако, и детали тонкой структуры, на которых следует остановиться отдельно.

2.6.2. Тонкая структура

Рис.2.17 показывает начало возрастания частиц во время третьей интенсификации с максимальным временным разрешением. Рост электронов совпадает с диполизацией магнитного поля, а рост протонов наблюдается на 10 сек раньше; правда, мы не видим, как ведут себя захваченные электроны, т.к. все детекторы "смотрят" вдоль силовой линии (0- 400).

Рис 2.17 Тонкая структура вариаций потока частиц. В нижнем секторе приведены питч-углы детекторов электронов

Рис. 2.18. даёт пример трансформации энергетического спектра электронов в начале второй интенсификации. За десять секунд интенсивность частиц растёт на порядок.
Если предположить, что переход от спектра "F" к спектру "A" обеспечивается набором энергии при магнитном дрейфе частиц, необходимо пройти 30-40 кВ, что в пересчёте на дрейфовый путь даёт 0,5-1 V/m; эта величина слишком большая по сравнению с измерявшимися в эксперименте.

Рис 2.18 Трансформация дифференциального энергетического спектра электронов за 30с в моменты, указанные во вставке

Для ускорения бетатронного типа, требуется рост B в 2-3 раза, чтобы получить трансформацию спектра от "F" до "A". Как менялось магнитное поле вблизи экватора в данном случае мы не знаем, однако быстрые двукратные возрастания B наблюдались на других орбитах, например, на орбите 445. Правда, детальное сравнение изменения потока электронов и магнитного поля во время второй интенсификации показывает, что скачок потока частиц опережает диполизацию, т.е ускоренные частицы появляются до того, как начинает работать индукционное поле, предполагавшееся ответственным за это ускорение.

2.6.3. Суббуря 6 марта 1991г.

Рис. 2.19 представляет 20 минут регистрации частиц магнитного поля 6 марта 1991 во время сложного длительного возмущения.

Рис 2.19 Регистрация потоков частиц и магнитного поля. Орбита КРЭС 545, 6.03.1991

Так же как и в других разобранных выше событиях мы видим деление на активизации, одна из которых, самая близкая к спутнику, имеет очень быстрый фронт нарастания потока электронов. На рис.2.20 мы даём подробный ход измерения энергетического спектра; переход с возрастанием на порядок осуществляется между соседними измерениями, т.е. меньше, чем за 0,3 секунды!
Вновь здесь мы видим опережающее появление протонов, причём сначала только низкоэнергичных, затем более энергичных; так же, в две ступени, происходит вытягивание силовых линий в хвост.

Рис 2.20 Трансформация дифференциального энергетического спектра электронов в моменты, указанные на верхнем графике

По сути дела мы видим некое транзиентное возмущение: приходят потоки ионов, несут с собой изменение структуры магнитного поля, временное превышение плотности энергии частиц над плотностью энергии магнитного поля, которое разрешается локальной интенсификацией, ускорением электронов, диполизацией магнитного поля. Аналогичная транзиентная схема была привлечена нами для объяснения активизаций типа Ps6 (Khrushchinsky et al., 1984).



в назад вперед оглавление литература
  
   другие обзоры