1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геомагнетизм и аэрономия
  4. T. 60, № 4, 2020

Геомагнетизм и аэрономия, 2020, T. 60, № 4, стр. 448-456

Космические лучи в период Форбуш-эффектов в марте 1989 г. и в марте 1991 г.: спектры вариаций, анизотропия и вариации жесткости геомагнитного обрезания

М. В. Кравцова 1, *, С. В. Олемской 1, **, В. Е. Сдобнов 1, ***

1 Институт солнечно-земной физики СО РАН (ИСЗФ СО РАН)
г. Иркутск, Россия

* E-mail: rina@iszf.irk.ru
** E-mail: osv@iszf.irk.ru
*** E-mail: sdobnov@iszf.irk.ru

Поступила в редакцию 29.10.2019
После доработки 22.11.2019
Принята к публикации 23.01.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

По данным наземных измерений космических лучей на мировой сети станций методом спектрографической глобальной съемки выполнен анализ двух Форбуш-эффектов во время геомагнитных бурь в марте 1989 г. и в марте 1991 г. Приведены жесткостные спектры и спектры вариаций, питч-угловая анизотропия космических лучей на разных фазах развития Форбуш-эффектов, а также изменения планетарной системы жесткостей геомагнитного обрезания. Показано, что при аппроксимации спектров вариаций степенной функцией от жесткости частиц в интервале 10–50 ГВ на фазе максимальной модуляции показатель спектра мягче, чем на фазах спада и восстановления интенсивности космических лучей. В рамках осесимметричной модели ограниченной магнитосферы Земли, учитывающей токи на магнитопаузе и кольцевой ток, определены расстояние до подсолнечной точки и радиус кольцевого тока, а также вклад кольцевого тока в изменения жесткости геомагнитного обрезания и в Dst-индекс во время исследуемых событий.

1. ВВЕДЕНИЕ

Вариации вторичных космических лучей (КЛ), регистрируемые наземной аппаратурой, являются интегральным результатом различных солнечных, гелиосферных, магнитосферных и атмосферных явлений. Примером влияния солнечной активности на КЛ являются Форбуш-эффекты, которые представляют собой резкие понижения интенсивности КЛ, наблюдаемые на Земле [Forbush, 1937]. Форбуш-эффекты дают непосредственную информацию о возмущениях в межпланетной среде, поскольку их параметры тесно связаны с явлениями в солнечно-земной физике. Они выделяются среди других вариаций КЛ величиной, частотой появления и многообразием. Причинами разнообразия Форбуш-эффектов являются как влияние различных солнечных источников, их изменчивость, так и особенности распространение возмущения в межпланетной среде и его взаимодействие с гелиосферным токовым слоем и т.д. Поэтому в вариациях галактических КЛ содержится информация об электромагнитных характеристиках межпланетных возмущений и межпланетного магнитного поля (ММП). В связи с этим исследования Форбуш-эффектов актуальны и практически важны для астрофизики КЛ, физики солнечно-земных связей, геофизики и прогнозирования космической погоды. Об актуальности проблемы свидетельствует не уменьшающийся поток публикаций на тему о Форбуш-эффектах [например, Belov et al., 2014; Белов и  др., 2016; Livada et al., 2018; Мелкумян и др., 2019].

В данной работе нами рассчитаны пространственные и энергетические характеристики двух Форбуш-эффектов, наблюдавшихся в марте 1989 г. и в марте 1991 г., с целью получения дополнительной информации для понимания природы этих явлений. Исследуемые события сопровождались геомагнитными бурями (самыми большими в 22-ом солнечном цикле), которые вызвали массовые сбои в энергосистеме, а также многочисленные нарушения связи и сбои в работе спутников [Kappenman and Albertson, 1990; Smart et al., 1995]. Для решения этой задачи были рассмотрены гелиосферные источники геомагнитных возмущений на основе спутниковых наблюдений (раздел 3), в разделе 4 приведено обсуждение полученных результатов и в Заключении представлены основные выводы.

2. ДАННЫЕ И МЕТОД

Для анализа использовались данные мировой сети станций нейтронных мониторов, исправленные на давление и усредненные за часовые интервалы. В исследовании события в марте 1989 г. использовались данные 43 нейтронных мониторов, а амплитуды модуляции отсчитывались от фонового уровня 2 марта 1989 г. В исследовании события в марте 1991 г. использовались данные 46 нейтронных мониторов, а амплитуды модуляции отсчитывались от фонового уровня 3 марта 1991 г. (http://center.stelab.nagoya-u.ac.jp/WDCCR).

Выбор спокойного периода обусловлен тем, что в эти периоды по сравнению с периодами, когда наблюдались геомагнитные возмущения, электромагнитная обстановка в межпланетном пространстве и геомагнитная обстановка были спокойными, а спектр галактических КЛ наименее модулирован. При анализе событий в марте 1989 г. и в марте 1991 г. использовались данные космического аппарата GOES-7 (http://satdat.ngdc.noaa.gov./sem/goes/data/new_avg/) (протоны в семи энергетических интервалах 0.8–4, 4–9, 9–15, 15–40, 40–80, 80–165 и 165–500 МэВ).

Анализ выполнен с применением метода спектрографической глобальной съемки (СГС) [Dvornikov et al., 1983; Dvornikov and Sdobnov, 2002; Кравцова и Сдобнов, 2014, 2016, 2017]. В отличие от существующих методов исследования вариаций КЛ, метод СГС позволяет использовать для анализа весь имеющийся комплекс наземной регистрирующей аппаратуры (мировую сеть нейтронных мониторов, расположенных на разных уровнях в атмосфере Земли, а также наземные и подземные мезонные телескопы и т.д.). Данное обстоятельство дает возможность на ряду с фазами первой и второй гармоник питч-угловой анизотропии определять жесткостной спектр изотропной составляющей и анизотропии КЛ, по фазе второй гармоники получать информацию об ориентации ММП, а также определять изменения планетарной системы жесткостей геомагнитного обрезания (ЖГО) за каждый час наблюдений в периоды возмущений геомагнитного поля. Достоверность информации, получаемой методом СГС по данным мировой сети станций КЛ, подтверждается ее сопоставлением с наблюдаемыми параметрами ММП и магнитосферы Земли. Геомагнитное поле в марте 1989 г. и в марте 1991 г. было сильно возмущено. К сожалению, в этот период практически нет данных о ММП, получаемых космическими аппаратами. В работе [Hofer and Flückiger, 1997] приведены изменения ММП 24 марта 1991 г. согласно измерениям на космическом аппарате Галилео. Максимальные значения величины ММП в отдельные моменты 24 марта 1991 г. достигали ~25 нТл, а средняя скорость солнечного ветра (СВ) согласно [Le et al., 2003] достигала ~1400 км/с. Тем не менее, мы можем использовать рассчитанные нами значения параметров анизотропии и жесткостного спектра [Дворников и др., 2013], определенные за исследуемый период, чтобы сделать выводы об изменениях в ММП. В рамкам модели модуляции КЛ регулярными электромагнитными полями гелиосферы сильная питч-угловая анизотропия является отражением структурных особенностей крупномасштабных полей в межпланетном пространстве (таких, например, как магнитные ловушки), обусловленных неоднородностью по гелиодолготе и нестационарностью истечения СВ в источнике, т.е. является индикатором динамических процессов в гелиосфере. Возрастание амплитуд A1 и A2 (двунаправленной) гармоник питч-угловой анизотропии КЛ наблюдается при изменениях напряженности ММП. При входе и выходе Земли в структуры подобные корональным выбросам массы (КВМ) наблюдается увеличение амплитуды A1, а возрастание амплитуды A2 указывает на наличие в ММП петлеобразной структуры [Дворников и др., 2013].

Для расчета спектров КЛ использовалось выражение, полученное в рамках модели модуляции КЛ регулярными электромагнитными полями гелиосферы [Дворников и др., 2013] в предположении, что интенсивность КЛ с определенной жесткостью изменяется в соответствии с теоремой Лиувилля. Предположение справедливо в том случае, когда можно пренебречь эффектами рассеяния частиц на магнитных неоднородностях и при отсутствии СКЛ в рассматриваемом диапазоне энергий.

Главная особенность магнитной бури – резкое усиление кольцевого тока вследствие инжекции заряженных частиц из хвоста магнитосферы. Во время магнитной бури наряду с резким усилением кольцевого тока вследствие инжекции заряженных частиц из хвоста магнитосферы происходит значительное усиление и других магнитосферных токовых систем: токов хвоста, токов на магнитопаузе и не учитываемых в нашей модели продольных и ионосферных токов. Соотношение между вкладами этих токовых систем в Dst-индекс на разных фазах магнитной бури может характеризовать их относительную динамику во время магнитосферных возмущений.

В данной работе для оценки магнитосферных эффектов мы используем простейшую осесимметричную модель ограниченной магнитосферы приводимые нами радиусы кольцевого тока и тока на магнитопаузе отражают суммарные вклады нескольких токовых систем. Поэтому правильнее говорить об эффективных радиусах токовых систем, дающих вклады в Dst-индекс подобно кольцевому току и току на магнитопаузе.

Используя результаты расчетов методом СГС зависимости изменений ЖГО от ЖГО по данным мировой сети станций КЛ (ΔRob) и изменений ЖГО от ЖГО в рамках осесимметричной модели ограниченной магнитосферы Земли (ΔRcal) [Кичигин и Сдобнов, 2017] рассчитаны некоторые параметры магнитосферных токовых систем (DCF и DR). Этими параметрами в данной модели являются радиусы кольцевого тока (DR) (rc), токов на магнитопаузе (DCF) (rm) и Dst-индекс. Параметры токовых систем (rc, rm) определяются путем их перебора и перебора значений Dst-индекса для минимизации функционала

$\left( {\mathop \sum \limits_i {{{\left[ {\Delta {{R}_{{{\text{ob}}}}}\left( {{{R}_{i}}} \right) - \Delta {{R}_{{{\text{cal}}}}}\left( {{{R}_{i}},{{r}_{c}},{{r}_{m}},Dst} \right)} \right]}}^{2}}} \right) = {\text{min}}{\text{.}}$

3. ГЕЛИОСФЕРНЫЕ ИСТОЧНИКИ ГЕОМАГНИТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ

3.1. Март 1989 г.

6 марта 1989 г. на восточном лимбе Солнца (координаты 35° N, 69° E) появилась активная область (АО) 5395, которая с 6 по 19 марта произвела 11 рентгеновских вспышек Х класса, 48 рентгеновских вспышек М класса и ~10 КВМ разной мощности (от слабых до ярких). Такая колоссальная активность на Солнце имела много важных последствий на Земле и в околоземном пространстве. События, которые произошли на Солнце, породили на Земле гигантскую магнитную бурю, сильные возмущения ионосферы и громадное понижение интенсивности КЛ (Форбуш-эффект) [Allen et al., 1989; Venkatesan et al., 1990; Fujii et al., 1992; Nagatsuma et al., 2015].

Геомагнитная буря, которая развилась 13–14 марта 1989 г., была самым экстремальным возмущением с 1957 г. Она была вызвана КВМ из солнечной вспышки X4.5/3B, произошедшей 10 марта [Allen et al., 1989]. Этот КВМ не был исключительным с точки зрения его скорости ~770 км/с [Feynman and Hundhausen, 1994]. Тем не менее, авторы [Feynman and Hundhausen, 1994] отметили его высокую яркость, что проявилось в сильном динамическом давлении на магнитосферу Земли. Максимальной интенсивности геомагнитная буря достигла 13 марта, когда планетарный индекс Ap возрос до значения 246, а Dst-индекс геомагнитной активности (между 01:00 и 02:00 UT 14 марта) достиг значения –589 нТл [Venkatesan et al., 1990; Allen et al., 1989]. Вероятность появления события такого масштаба может происходить один раз в 60 лет [Tsubouchi and Omura, 2007].

Это событие хорошо известно своими практическими последствиями. Из-за сильного геомагнитно-индуцированного тока, который протекал в линиях электропередач, в Северной Америке рухнула энергосистема [Kappenman and Albertson, 1990; Bolduc, 2002]. В результате шесть миллионов жителей провинции Квебек оставались без электричества более 9 ч. Кроме того, в южной части Соединенных Штатов ночью 13 марта и рано утром 14 марта было видно низкоширотное сияние.

В Иркутске (Rc = 3.66 ГВ) скорость счета нейтронного монитора понизилась на ~ –12% относительно спокойного периода 2 марта 1989 г.

3.2. Март 1991 г.

Интенсивная солнечная активность в трех АО (6538, 6545, 6555) с 22 по 23 марта 1991 г. привела к большим возмущениям в околоземном космическом пространстве и магнитосфере Земли. 22 марта в 22:43 UT произошла вспышка балла 3B/X9.4 (координаты 26° S, 28° E), после которой образовалась ударная волна (с радиоизлучением II типа). Вспышка сопровождалась высокоскоростным КВМ, его скорость достигала 1400 км/с [Le et al., 2003]. Ударная волна достигла Земли в 03:42 UT 24 марта 1991 г. и вызвала внезапное начало магнитной бури (SSC). При этом магнитопауза сместилась до 6.6 радиусов Земли [Smart et al., 1995]. Кp-индекс возрос до 9, а Dst-индекс геомагнитной активности достиг значения –298 нТл. Полярные сияния наблюдались в Австралии. Кроме того последствия этой геомагнитной бури имели техногенный характер [Smart et al., 1995]: были повреждены панели солнечных батарей на космических аппаратах GOES-6 и 7; сбои в энергосистеме США, Канады и Центральной Австралии. В это же время было отмечено начало гигантского Форбуш-эффекта [Hofer and Flückiger, 1997, 2000; Ahluwalia et al., 2009].

Максимальная амплитуда понижения скорости счета нейтронного монитора в Иркутске составила ~ –23%.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

4.1. Спектры вариаций и анизотропии КЛ

На рисунке 1 приведены амплитуды вариаций нейтронной компоненты КЛ (ΔI/I) на ст. Иркутск (Rc = 3.66 ГВ) в периоды Форбуш-эффектов в марте 1989 г. и в марте 1991 г., амплитуды вариаций КЛ с жесткостью 4 и 10 ГВ на границе магнитосферы (Δ J/J), амплитуды первой (А1) и второй (А2) гармоник питч-угловой анизотропии для частиц с жесткостью 4 ГВ, а также изменения жесткости геомагнитного обрезания (ΔR) в Иркутске совместно с Dst-индексом.

Рис. 1.

За период 10–22 марта 1989 г. (левая панель) и 18–30 марта 1991 г. (правая панель) представлены: а – вариации нейтронной компоненты КЛ на станции Иркутск; б – вариации изотропной составляющей интенсивности первичных КЛ с жесткостью 4 ГВ (сплошная кривая) и 10 ГВ (штриховая кривая); в, г – амплитуды первой A1 и второй A2 гармоник питч-углового распределения КЛ с жесткостью 4 ГВ; д – временнóй ход изменений ЖГО в Иркутске (Rc = = 3.66 ГВ) (штриховая кривая) совместно с Dst-индексом (сплошная кривая).

Хотя магнитная буря в марте 1991 г. (Dst-индекс ~ –300 нТл) была менее интенсивная, чем в марте 1989 г. (Dst-индекс ~ –600 нТл), амплитуда эффекта в скорости счета нейтронного монитора в Иркутске в марте 1989 г. относительно его начала (~ –12%) была меньше, чем в марте 1991 г. (~ –18%), а амплитуда эффекта для частиц с жесткостью 4 и 10 ГВ на границе магнитосферы относительно начала события в марте 1989 г. была больше, чем для события в марте 1991 г. Максимальное повышение амплитуды первой гармоники питч-угловой анизотропии в событии в марте 1989 г. составило ~30% и ~40% 13 и 15 марта, соответственно, а в марте 1991 г. максимальное повышение амплитуды первой гармоники питч-угловой анизотропии от ~30% до ~50% произошло 25, 26, 27 числа. Амплитуды второй гармоники питч-угловой анизотропии в событиях в марте 1989 г. и в марте 1991 г. достигали ~8–10%, но 24 марта 1991 г. с 14:00 до 19:00 UT амплитуда второй гармоники питч-угловой анизотропии возросла до ~30–40%.

Изменения ЖГО в Иркутске в марте 1989 г. и в марте 1991 г. доходили до ~ –1.3 и ~1.0 ГВ, соответственно. Коэффициент корреляции между изменениями ЖГО в Иркутске и Dst-индексом для периода с 11 по 22 марта 1989 г. составил ~ 0.8, а для периода с 20 по 29 марта 1991 г. – 0.75.

На рисунке 2 представлены жесткостные спектры и спектры вариаций первичных КЛ в отдельные моменты разных фаз развития исследуемых событий. Видно, что во всех представленных моментах Форбуш-эффектов в жесткостных спектрах до ~1 ГВ интенсивность протонов на орбите Земли выше фонового уровня, а при более высоких энергиях интенсивность протонов ниже фонового уровня, т.е. в диапазоне чувствительности нейтронных мониторов наблюдаются Форбуш-эффекты. Спектры вариаций КЛ не являются степенными в широкой области жесткостей. Только в диапазоне жесткостей выше ~ 10 ГВ эти спектры по жесткости близки к степенным.

Рис. 2.

Жесткостные спектры и спектры вариаций первичных КЛ на разных фазах развития исследуемых Форбуш-эффектов: а – март 1989 г.; б – март 1991 г. Штриховая кривая – расчетный модельный спектр в указанный момент времени, сплошная кривая – расчетный фоновый спектр; значки – данные наблюдений.

Мы рассчитали показатели степени γ при представлении спектров вариаций первичных КЛ степенной функцией в диапазоне жесткостей выше ~10 ГВ. В таблице 1 представлены средние значения показателя степени γ для исследуемых событий при аппроксимации жесткостных спектров вариаций степенной функцией от жесткости частиц в диапазоне жесткостей от 10 до 50 ГВ. Видно, что в среднем спектры вариаций КЛ в диапазоне жесткостей от 10 до 50 ГВ в событии в марте 1989 г. мягче, чем для Форбуш-эффекта в марте 1991 г. Для обоих событий спектры вариаций КЛ, как и в других случаях [Кравцова и Сдобнов, 2014, 2016, 2017], в моменты максимальной модуляции мягче, чем на фазах спада и восстановления интенсивности КЛ.

Таблица 1.  

Средние значения показателя степени γ для исследуемых событий при аппроксимации жесткостных спектров вариаций степенной функцией от жесткости частиц в диапазоне жесткостей от 10 до 50 ГВ

Дата события Фаза развития Форбуш-эффекта
спад максимальная модуляция восстановление
Март 1989 г. ~ –0.9 ~ –1.0 ~ –0.9
Март 1991 г. ~ –0.8 ~ –0.9 ~ –0.8

На рисунке 3 представлены oтносительные изменения интенсивности КЛ для частиц с жесткостью 4 ГВ в солнечно-эклиптической геоцентрической системе координат на разных фазах развития исследуемых Форбуш-эффектов. По оси абсцисс отложены значения долготного угла ψ, а по оси ординат – широтного угла λ. В один из моментов фазы спада 13 марта 1989 г. в 11:00 UT видна первая гармоника питч-углового распределения с повышенным потоком частиц из направления с координатами в солнечно-эклиптической геоцентрической системе ψ = ~309° и λ = ~42°. На том же этапе развития эффекта 24 марта 1991 г. в 09:00 UT существовала двунаправленная анизотропия с повышенным потоком частиц из направлений ψ = ~75°, λ = ~15° и ψ = ~255°, λ = ~–15°. В один из моментов фазы максимальной модуляции 14 марта 1989 г. в 02:00 UT видна вторая гармоника питч-углового распределения с повышенным потоком частиц из направлений с координатами в солнечно-эклиптической геоцентрической системе ψ = ~20° , λ = ~25° и ψ = = ~200° , λ = ~–25°, а 25 марта 1991 г. в 03:00 UT из направлений ψ = ~51°, λ = ~–34° и ψ = ~230°, λ = ~–34°. На фазе спада Форбуш-эффекта в 19:00 UT 15 марта 1989 г. видна первая гармоника питч-углового распределения с повышенным потоком частиц из направления с координатами ψ = = ~117°, λ = ~–12°, а 27 марта 1991 г. в 14:00 UT из направления ψ = ~22° , λ = ~56° . Расчеты показали большую амплитуду двунаправленной питч-угловой анизотропии с 14:00 по 20:00 UT 24 марта 1991 г., что согласуется с результатами [Le et al., 2003]. Hofer and Flückiger [2000] предположили, что солнечная деятельность 22 марта 1991 г. в 22:45 UT привела к КВМ, за которым последовало магнитное облако пространственной протяженностью порядка 0.4 а. е. По их мнению, в этот период Земля находилась в мощной петлеобразной структуре ММП.

Рис. 3.

Относительные изменения интенсивности КЛ для частиц с жесткостью 4 ГВ в солнечно-эклиптической геоцентрической системе координат на разных фазах развития исследуемых Форбуш-эффектов. По оси абсцисс отложены значения долготного угла ψ, а по оси ординат – широтного угла λ.

По данным изменений интенсивности КЛ на мировой сети станций в периоды магнитных бурь, совпадающими с Форбуш-эффектами в марте 1989 г. и в марте 1991 г. рассчитаны планетарные изменения ЖГО. На основе полученных планетарных изменении ЖГО в рамках осесимметричной модели ограниченной магнитосферы [Кичигин и Сдобнов, 2017], учитывающей токи на магнитопаузе и кольцевой ток, в данной работе рассчитано расстояние до подсолнечной точки и радиус кольцевого тока, сила кольцевого тока (IDR), тока на магнитопаузе (IDCF), а также соотношение между вкладами от этих токов в Dst-индекс на разных фазах магнитной бури.

4.2. Магнитосферные токовые системы на разных фазах развития бури

На рисунке 4 представлены изменения ЖГО в отдельные моменты на разных фазах геомагнитных бурь в марте 1989 г. и в марте 1991 г. в зависимости от ЖГО. Видно, что на фазах наиболее интенсивного развития магнитной бури и на фазах ее затухания результаты расчетов изменений ЖГО по данным наблюдений интенсивности КЛ на мировой сети станций хорошо описываются осесимметричной моделью ограниченной магнитосферы [Кичигин и Сдобнов, 2017], включающую только кольцевой ток и токи на магнитопаузе.

Рис. 4.

Зависимость изменения ЖГО от ЖГО на разных фазах геомагнитных бурь в марте 1989 г. и в марте 1991 г. Сплошная линия – результаты, полученные из данных мировой сети станций КЛ методом СГС, штрихпунктирная линия – расчет по осесимметричной модели ограниченной магнитосферы с кольцевым током. Штриховая линия – вклад в изменения ЖГО от кольцевого тока, расcчитанного по осесимметричной модели ограниченной магнитосферы.

В таблице 2 представлены наблюдаемые (Dstнабл) и рассчитанные (Dstрасч) значения Dst-индекса на разные фазах развития магнитных бурь, а также вклад кольцевого тока (DstDR) и токов на магнитопаузе (DstDCF) в полную величину Dst-индекса и силу тока этих токовых систем. Рассчитанные нами параметры кольцевого тока и тока на магнитопаузе отражают суммарные вклады нескольких токовых систем. Поэтому правильнее говорить об эффективных радиусах токовых систем, дающих вклады в Dst-индекс подобно кольцевому току и току на магнитопаузе.

Таблица 2.  

Вклад DR и DCF токов в развитии магнитных бурь в марте 1989 г. и в марте 1991 г.

Дата/время Dstнабл, нТл Dstрасч, нТл DstDR, нТл DstDCF, нТл IDR × 106 A IDCF × 106 A
13.03.89 г.
11:00 UT 		–101 –104 –226 122 13.9 3.7
14.03.89 г.
02:00 UT 		–589 –400 –558 158 18.3 3.4
15.03.89 г.
19:00 UT 		–99 –96 –285 129 13.6 1.4
24.03.91 г.
13:00 UT 		–63 –432 –663 181 20.1 2.4
25.03.91 г.
03:00 UT 		–294 –302 –425 123 15.1 2.5
27.03.91 г.
14:00 UT 		–84 –110 –229 114 13.3 3.6

В таблице 3 приведены значения средних радиусов кольцевого тока (rс) в единицах радиуса Земли и среднего расстояния до подсолнечной точки (rm) в рамках осесимметричной модели ограниченной магнитосферы для разных фаз развития геомагнитных бурь. Минимальные радиусы кольцевого тока наблюдаются в главной фазе геомагнитной бури с последующим возрастанием на фазе восстановления геомагнитного возмущения. Поскольку в используемой в данной работе осесимметричной модели ограниченной магнитосферы не учитываются вклад многих токовых систем, а рассчитанные значения Dst-индекса в некоторые моменты близки к наблюдаемым, можно предположить, что в эти периоды магнитных бурь основной вклад в их интенсивность вносят симметричная составляющая DR и DCF токов.

Таблица 3.  

Вклад DR и DCF токов в развитии магнитных бурь в марте 1989 г. и в марте 1991 г.

Геомагнитная буря начальная фаза главная фаза фаза восстановления
rс rm rс rm rс rm
Март 1989 г. ~4.5–5.0 ~8.0 ~3.5 ~7.5 ~4.0 ~9.0
Март 1991 г. ~5.0–5.3 ~7.0–7.2 ~3.5 ~7.5–8.0 ~4.7 ~9.0

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, проведенный анализ показал следующее.

Спектры вариаций КЛ в период Форбуш-эффектов в марте 1989 г. и в марте 1991 г. не являются степенными в широкой области жесткостей, только выше ~10 ГВ эти спектры близки к степенным по жесткости.

При аппроксимации спектров вариаций в период Форбуш-эффектов в марте 1989 г. и в марте 1991 г. степенной функцией от жесткости частиц в интервале 10–50 ГВ на фазе максимальной модуляции показатель спектра больше, чем на фазах спада и восстановления интенсивности КЛ.

В период повышенной амплитуды двунаправленной питч-угловой анизотропии КЛ в событиях марта 1989 и 1991 гг. Земля находилась в петлеобразной структуре ММП.

Показана возможность по данным наземных измерений КЛ на мировой сети станций проводить количественную оценку параметров некоторых токовых систем в магнитосфере в периоды магнитных бурь.

Список литературы

  1. – Белов А.В., Ерошенко Е.А., Абунина М.А., Абунин А.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Поведение плотности потока космических лучей в начале Форбуш-эффектов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 56. № 6. С. 683–689. 2016. https://doi.org/10.7868/S0016794016060055

  2. – Дворников В.М., Кравцова М.В., Сдобнов В.Е. Диагностика электромагнитных характеристик межпланетной среды по эффектам в космических лучах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 53. № 4. С. 457–468. 2013. https://doi.org/10.7868/S001679401304007X

  3. – Кичигин Г.Н., Сдобнов В.Е. Жесткости геомагнитного обрезания космических лучей в модели ограниченной магнитосферы с кольцевым током // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 57. № 2. С. 149–153. 2017. https://doi.org/10.7868/S0016794017020043

  4. – Кравцова М.В., Сдобнов В.Е. Анализ форбуш-понижений в периоды сильных геомагнитных возмущений в марте–апреле 2001 г. // Письма в Астрон. журн. Т. 40. № 8. С. 575–58. 20141. https://doi.org/10.7868/S0320010814070043

  5. – Кравцова М.В., Сдобнов В.Е. Космические лучи во время гигантских геомагнитных бурь 23-го цикла солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 56. № 2. С. 154. 2016. https://doi.org/10.7868/S0016794016020103

  6. – Кравцова М.В., Сдобнов В.Е. Анализ форбуш-эффекта в июне 2015 г. методом спектрографической глобальной съемки // Изв. РАН. Сер. физ. Т. 81. № 2. С. 196–198. 2017. https://doi.org/10.7868/S0367676517020259

  7. – Мелкумян А.А., Белов А.В., Абунина М.А., Абунин А.А., Ерошенко Е.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Рекуррентные и спорадические Форбуш-понижения в 23-м и 24-м солнечных циклах // Солнечно-земная физика. Т. 5. № 1. С. 39–47. 2019. https://doi.org/10.12737/szf-51201904

  8. – Ahluwalia H.S., Ygbuhay R.C., Duldig M.L. Two intense Forbush decreases of solar activity cycle 22 // Adv. Space Res. V. 44. P. 58–63. 2009. https://doi.org/10.1016/j.asr.2009.04.004

  9. – Allen J., Frank L., Reiff P., Sauer H. Effects of the March1989 Solar Activity // Eos. V. 70. № 46. P. 1479–1488. 1989. https://doi.org/10.1029/89EO00409

  10. – Belov A., Abunin A., Abunina M., Eroshenko E., Oleneva V., Yanke V., Papaioannou A., Mavromichalaki H., Gopalswamy N., Yashiro S. Coronal mass ejections and non-recurrent Forbush decreases // Solar Phys. V. 289. № 10. P. 3949–3960. 2014. https://doi.org/10.1007/s11207-014-0534-6

  11. – Bolduc L. GIC observations and studies in the Hydro-Quebec power system // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 64. Is 16. P. 1793–1802. 2002. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(02)00128-1

  12. – Dvornikov V.M., Sergeev A.V., Sdobnov V.E. Analisis of cosmic ray pitch - angle anisotropy during the June 1972 Forbush effect by method of spectrografic global survey / Proc. 18th ICRC. Bangalore. V. 3. P. 249–252. 1983.

  13. – Dvornikov V.M., Sdobnov V.E. Variations in the rigidity spectrum and anisotropy of cosmic rays at the period of Forbush effect on 12–15 July // Intern. J. Geomagnet. Aeronom. V. 3. № 3. P. 217–226. 2002.

  14. – Feynman J., Hundhausen A.J. Coronal mass ejections and major solar flares: The great active center of March 1989 // J. Geophys. Res. V. 99. № A5. P. 8451–8464. 1994.

  15. – Forbush S.E. On the effects in the cosmic-ray intensity observed during the recent magnetic storm // Phys. Rev. V. 51. P. 1108–1109. 1937.

  16. – Fujii R., Fukunishi H., Kokubun S., Sugiura M., Tohyama F., Hayakawa H., Tsuruda K., Okada T. Field-aligned current signatures during the March 13–14, 1989, great magnetic storm // J. Geophys. Res. V. 97. № A7. P. 10 703–10 715. 1992. https://doi.org/10.1029/92JA00171

  17. – Hofer M.Y., Flückiger E.O. Cosmic ray modulation during the 24 March 1991 Forbush decreases / Proc. 25th ICRC. Durban, South Africa, July, 1997. V. 1. P. 401–404. 1997.

  18. – Hofer M.Y., Flückiger E.O. Cosmic ray spectral variations and anisotropy near earth during the March 24, 1991, Forbush decrease // J. Geophys. Res. V. 105. № A10. P 23 085–23 097. 2000.

  19. – http://center.stelab.nagoya-u.ac.jp/WDCCR

  20. – http://satdat.ngdc.noaa.gov./sem/goes/data/new_avg/

  21. – Kappenman J.G., Albertson V.D. Bracing for the geomagnetic storms // IEEE Spectrum. V. 27. № 33. P. 27–33. 1990.

  22. – Le G.M., Ye Z.H., Gong J.H., Tan Y.H., Lu H., Tang Y.Q. Time determination of March 1991’s CME hitting magnetosphere / Proc. 28th ICRC. Tsukuba, Japan. P. 3601–3604. 2003.

  23. – Livada M., Mavromichalaki H., Plainaki C. Galactic cosmic ray spectral index: The case of Forbush decreases of March 2012 // Astrophys. Space Sci. V. 363. № 8. P. 9. 2018. https://doi.org/10.1007/s10509-017-3230-9

  24. – Nagatsuma T., Kataoka R., Kunitake M. Estimating the solar wind conditions during anextreme geomagnetic storm: a case study of the event that occurred on March 13–14, 1989 // Earth, Planets Space. 67:78. 2015. https://doi.org/10.1186/s40623-015-0249-4

  25. – Smart D.F., Shea M.A., Fluckiger E.O., Sanahuja B. Solar, interplanetary, and geomagnetic phenomena in March 1991 and their association with spacecraft and terrestrial problems / Proc. Suppl. Nuclear Physics B. № 39A. P. 26–34. 1995. https://doi.org/10.1016/0920-5632(95)00004-S

  26. – Tsubouchi K., Omura Y. Long-term occurrence probabilities of intense geomagnetic storm events // Space Weather. 5. S12003. 2007. https://doi.org/10.1029/2007SW000329

  27. – Venkatesan D., Decker R.B., Krimigis S.M., Mathews T., Sarris E.T. The great Forbush decrease of March 1989 and interplanetary energetic particle environment / Proc. 21th ICRC. Adelaide, Australia, 6–19 January, 1990. P. 247–250. 1990.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геомагнетизм и аэрономия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал