1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геомагнетизм и аэрономия
  4. T. 63, № 6, 2023

Геомагнетизм и аэрономия, 2023, T. 63, № 6, стр. 736-750

Широтная структура высыпаний в области дневного полярного каспа

В. Г. Воробьев 1, *, О. И. Ягодкина 1, **, Е. Е. Антонова 2, 3, ***, И. П. Кирпичев 3, ****

1 Полярный геофизический институт (ПГИ)
Апатиты (Мурманская обл.), Россия

2 Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (НИИЯФ МГУ)
Москва, Россия

3 Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)
Москва, Россия

* E-mail: vorobjev@pgia.ru
** E-mail: oksana41@mail.ru
*** E-mail: elizaveta.antonova@gmail.com
**** E-mail: ikir@iki.rssi.ru

Поступила в редакцию 06.04.2023
После доработки 06.07.2023
Принята к публикации 03.08.2023

Аннотация

Проведен анализ результатов наблюдений низколетящих спутников, пересекающих дневной сектор авроральной зоны, и высокоапогейных спутников в экваториальной плоскости магнитосферы с целью выделения основных процессов, приводящих к формированию дневных полярных каспов. Данные спутника DMSP F7 использованы для анализа широтных характеристик ионных высыпаний в области каспа и изучения широтного профиля ионного давления в каспе в зависимости от параметров ММП. Обнаружено существенное различие в идентификации границ каспа, осуществляемой автоматизированной системой обработки данных и прямым анализом спутниковых наблюдений. Показано, что при небольших отрицательных значениях Bz-компоненты ММП (〈Bz〉 = –3.0 нТл) характерной чертой каспа является широтный профиль ионного давления (Pi) шириной ~1° широты с двумя максимумами, один из которых находится в экваториальной, а другой в приполюсной части каспа. При больших отрицательных значениях Bz (–6, –8 нТл) приполюсный максимум в широтном профиле Pi исчезает, остается только экваториальный максимум, уровень Pi в максимуме увеличивается, а ширина каспа уменьшается до ~0.7°. При Bz ММП > 0 наиболее характерным является профиль Pi с максимумом ионного давления в приполюсной части каспа. Касп при Bz > 0 располагается в более высоких широтах, чем при Bz < 0, его средние широтные размеры увеличиваются до ~1.4° широты. В предполуденном секторе MLT наиболее характерным для периодов с большой отрицательной By-компонентой ММП (〈By〉 = –6.3 нТл, 〈Bz〉 = –1.7 нТл) является касп шириной ~1.4° широты с плоской вершиной в широтном профиле Pi. Сравнение наблюдаемых на низких высотах распределений давления с данными высокоапогейных спутников подтвердило возможность описания формирования каспа как диамагнитной полости и использования наблюдений в каспе для определения давления ионов в магнитослое.

Список литературы

  1. – Антонова E.E., Воробьев В.Г., Кирпичев И.П., Ягодкина О.И. Сравнение распределения давления плазмы в экваториальной плоскости и на малых высотах в магнитоспокойных условиях // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 54. № 3. С. 300–303. 2014. https://doi.org/10.7868/S001679401403002X

  2. – Воробьев В.Г., Ягодкина О.И., Антонова Е.Е. Давление ионов в различных областях авроральных высыпаний дневного сектора // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 6. С. 740–750. 2020. https://doi.org/10.31857/S0016794020060140

  3. – Воробьев В.Г., Ягодкина О.И. Особенности структуры высыпаний дневного полярного каспа при северном межпланетном магнитном поле // Известия РАН. Серия физическая. Т. 86. № 12. С. 1804–1809. 2022. https://doi.org/10.31857/S0367676522120304

  4. – Воробьев В.Г., Ягодкина О.И., Антонова Е.Е., Кирпичев И.П. Влияние экстремальных уровней динамического давления солнечного ветра на структуру ночных авроральных высыпаний // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 62. № 6. С. 713–720. 2022. https://doi.org/10.31857/S0016794022060165

  5. – Пулинец М.С., Рязанцева М.О., Антонова Е.Е., Кирпичев И.П. Зависимость параметров магнитного поля вблизи подсолнечной точки магнитосферы от межпланетного магнитного поля по данным эксперимента THEMIS // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 52. № 6. С. 769–778. 2012.

  6. – Antonova E.E., Vorobjev V.G., Kirpichev I.P., Yagodkina O.I., Stepanova M.V. Problems with mapping the auroral oval and magnetospheric substorms // Earth, Planets and Space. V. 67. https://doi.org/10.1186/s40623-015-0336-6

  7. – Antonova E.E., Stepanova M., Kirpichev I.P., Ovchinnikov I.L., Vorobjev V.G., Yagodkina O.I., Riazanseva M.O., Vovchenko V.V., Pulinets M.S., Znatkova S.S., Sotnikov N.V. Structure of magnetospheric current systems and mapping of high latitude magnetospheric regions to the ionosphere // J. Atm. Sol.-Ter. Phys. V. 177. P. 103–114, 2018. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.10.013

  8. – Antonova E.E., Stepanova M.V. The impact of turbulence on physics of the geomagnetic tail // Front. Astron. Space Sci. V. 8. 622570. https://doi.org/10.3389/fspas.2021.622570

  9. – Antonova E.E., Stepanova M.V., Kirpichev I.P. Main features of magnetospheric dynamics in the conditions of pressure balance // J. Atm. Sol.-Ter. Phys. V. 242. 2023. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2022.105994

  10. – Baker K.B., Wing S. A new magnetic coordinate system for conjugate studies at high latitudes // J. Geophys. Res. V. 94. № A7. P. 9139–9144. 1989. https://doi.org/10.1029/JA094iA07p09139

  11. – Bogdanova Y.V., Owen C.J., Siscoe G., Fazakerley A.N., Dandouras I., Marghitu O. et al. Cluster observations of the magnetospheric low-latitude boundary layer and cusp during extreme solar wind and interplanetary magnetic field conditions: I. 10 November 2004 ICME // Solar Physics. V 244. P. 201–232. 2007. https://doi.org/10.1007/s11207-007-0417-1

  12. – Escoubet C.P., Berchem J., Bosqued J.M., Trattner K.J., Taylor M., Pitout F., Vallat C., Laakso H., Masson A., Dunlop M., Reme H., Dandouras I., Fazakerley A. Two sources of magnetosheath ions observed by Cluster in the mid-altitude polar cusp // Adv. Space Res. V. 41. № 10. P. 1528–1536. 2008. https://doi.org/10.1016/j.asr.2007.04.031

  13. – Esmaeili A., Kalaee M.J. Double-cusp simulation during northward IMF using 3D PIC global code // Astrophys. Space Sci. V. 362. P. 124–129. 2017. https://doi.org/10.1007/s10509-017-3098-8

  14. – Fuselier S.A., Trattner K.J., Petrinec S.M. Cusp observations of high- and low-latitude reconnection for northward interplanetary magnetic field // J. Geophys. Res. V. 105. № A1. P. 253–266. 2000. https://doi.org/10.1029/1999JA900422

  15. – Kirpichev I.P., Antonova E.E., Stepanova M. Ion leakage at dayside magnetopause in case of high and low magnetic shears // J. Geophys. Res. Space Physics. V. 122. № 8. P. 8078–8095. 2017. https://doi.org/10.1002/2016JA023735

  16. – Newell P.T., Meng C.-I. The cusp and the cleft/boundary layer: low-altitude identification and statistical local time variation // J. Geophys. Res. V.93. № A12. P. 14 549–14 556. 1988. https://doi.org/10.1029/JA093iA12p14549

  17. – Newell P.T., Meng C.-I., Sibeck D.G., Lepping R. Some low-altitude cusp dependence on interplanetary magnetic field // J. Geophys. Res. V. 94. P. 8921–8927. 1989. https://doi.org/10.1029/JA094iA07p08921

  18. – Newell P.T., Wing S., Meng C.-I., Sigillito V. The auroral oval position, structure, and intensity of precipitation from 1984 onward – An automated on-line data base // J. Geophys. Res. V. 96. № A4. P. 5877–5882. 1991. https://doi.org/10.1029/90JA02450

  19. – Newell P.T., Meng C.-I. Ionospheric projections of magnetospheric regions under low and high solar wind pressure conditions // J. Geophys. Res. V. 99. № A1. P. 273–286. 1994. https://doi.org/10.1029/93JA02273

  20. – Newell P.T., Sotirelis T., Liou K., Meng C.-I., Rich F.J. Cusp latitude and the optimal solar wind coupling function // J. Geophys. Res. V. 111. A09207. 2006. https://doi.org/10.1029/2006JA011731

  21. – Onsager T.G., Kletzing C.A., Austin J.B., MacKiernan H. Model of magnetosheath plasma in the magnetosphere: Cusp and mantle particles at low-altitudes // J. Geophys. Res. V. 20. № 6. P. 479–482. 1993. https://doi.org/10.1029/93GL00596

  22. – Panov E.V., Buchner J., Franz M., Korth A., Savin S.P., Reme H., Fornacon R.-H. High-latitude Earth’s magnetopause outside the cusp: Cluster observations // // J. Geophys. Res. V. 113. A01220. 2008. https://doi.org/10.1029/2006JA012123

  23. – Pitout F., Escoubet C.P., Klecker B., Dandouras I. Cluster survey of the mid-altitude cusp – Part 2: Large-scale morphology // Ann. Geophys. V. 27. P. 1875–1886. 2009. www.ann-geophys.net/27/1875/2009

  24. – Pitout F., Bogdanova Y.V. The polar cusp seen by Cluster // J. Geophys. Res. V. 126. № 9. 2021. https://doi.org/10.1029/2021JA029582

  25. – Rakhmanova L., Riazantseva M., Zastenker G. Plasma and magnetic field turbulence in the Earth’s magnetosheath at ion scales // Front. Astron. Space Sci. V. 7. 616635. 2021. https://doi.org/10.3389/fspas.2020.616635

  26. – Reiff P.H., Hill, T.W., Burch J.L. Solar wind plasma injection at the dayside magnetospheric cusp// J. Geophys. Res. V. 82. № 4. P.479–491.1977. https://doi.org/10.1029/JA082i004p00479

  27. – Ruohoniemi J.M., Greenwald R.A. Statistical patterns of high-latitude convection obtained from Goose Bay HF radar observations // J. Geophys. Res. V. 101. № A10. P. 21 743–21 763. 1996. https://doi.org/10.1029/96JA01584

  28. – Siscoe G., Kaymaz Z., Bogdanova, Y.V. Magnetospheric cusps under extreme conditions: Cluster observations and MHD simulations compared // Solar Physics. V. 244. P. 189–199. 2007. https://doi.org/10.1007/s11207-007-0359-7

  29. – Sonnerup B.U., Paschmann O.G., Papamastorakis I., Sckopke N., Haerendel G., Bame S.J., Asbridge J.R., Gosling J.T., Russell C.T. Evidence for magnetic field reconnection at the Earth’s magnetopause // J. Geophys. Res. V. 86. P. 10 049–10 067. 1981. https://doi.org/10.1029/JA086iA12p10049

  30. – Stepanova M., Antonova E.E., Bosqued J.-M. Study of plasma pressure distribution in the inner magnetosphere using low-altitude satellites and its importance for the large-scale magnetospheric dynamics // Adv. Space Res. V. 38. № 8. P. 1631–1636. 2006. https://doi.org/10.1016/j.asr.2006.05.013

  31. – Tsyganenko N.A., Andreeva V.A. Empirical modeling of dayside magnetic structures associated with polar cusps // J. Geophys. Res. V. 123. № A11. P. 9078–9092. 2018. https://doi.org/10.1029/2018JA02588

  32. – Wing S., Newell P.T., Onsager T.G. Modeling the entry of magnetosheath electrons into the dayside ionosphere // J. Geophys. Res. V. 101. № A6. P. 13155–13167. 1996. https://doi.org/10.1029/96JA00395

  33. – Wing S., Newell P.T. Center plasma sheet ion properties as inferred from ionospheric observations // J. Geophys. Res. V. 103. № A4. P. 6785–6800. 1998. https://doi.org/10.1029/97JA02994

  34. – Wing S., Newell P.T., Rouhoniemi J.M. Double cusp: model prediction and observational verification // J. Geophys. Res. V. 106. № A11. P. 25 571–25 593. 2001. https://doi.org/10.1029/2000JA000402

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геомагнетизм и аэрономия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал