Известия РАН. Серия физическая, 2021, T. 85, № 11, стр. 1646-1649

ВВЕДЕНИЕ

В периоды геомагнитных бурь наблюдаются различные аномальные вариации значений B_z‑компоненты возмущенного межпланетного магнитного поля (ММП). При этом можно выделить два характерных момента в поведении возмущенной B_z-компоненты. Первое – перед началом или в начальной фазе геомагнитной бури наблюдается увеличение значения положительной B_z-компоненты, которое затем меняет знак. Во втором случае наоборот, наблюдается большая отрицательная B_z-компонента в начале возмущения, которая сменяется на аномальную положительную. Основой проводимого в ИКФИА СО РАН мониторинга геомагнитных бурь [1], является анализ текущего поведения зональных (северо-южных) компонент распределения космических лучей (КЛ), рассчитываемых методом глобальной съемки [2] по данным международной базы данных нейтронных мониторов [3] в реальном времени [4]. Как показали проведенные нами исследования, основными предикторами в КЛ, эффективно реагирующих на приближение к Земле геоэффективных возмущений межпланетной среды, являются изменения амплитуд зональных (северо-южных) компонент высокочастотной части изотропной интенсивности КЛ (C₀₀) и первых двух моментов их углового распределения (C₁₀ и C₂₀). Превышение положительного значения каждого из этих компонент 0.7% или их сумм величины 1% служит предиктором геомагнитной бури [5]. Результаты проводимого мониторинга показывают, что в среднем с вероятностью ≥0.7 геомагнитные возмущения с D_st < –50 нТл имеют предиктор по результатам обработки данных мировой сети нейтронных мониторов методом глобальной съемки. В данной работе исследуется связь динамики вариаций B_z-компоненты ММП в периоды геомагнитных бурь с поведением зональных составляющих вариаций КЛ перед началами сильных возмущений магнитного поля земли в 23-м и 24-м циклах солнечной активности.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

Для анализа связи динамики вариаций B_z-компоненты ММП в периоды геомагнитных бурь с поведением зональных составляющих вариаций КЛ, нами выбраны 33 сильные магнитные бури с амплитудой менее –100 нТл [6], наблюдавшиеся в периоды роста, максимума и спада в 23-м и 24‑м циклах солнечной активности. Из 23-х магнитных бурь 23-го цикла 18 имели предикторы по КЛ. В то же время из 10 бурь 24-го цикла предиктор имели только 6. Как показал проведенный анализ, однозначной связи между поведением B_z‑компоненты и динамикой возрастания величин зональных составляющих распределения КЛ перед началом магнитных бурь не наблюдается, но можно выделить характерные случаи, когда отсутствие или проявление предикторов магнитных бурь по измерениям КЛ связано с определенной динамикой поведения B_z-компоненты ММП во время возмущений. Отметим, что данные измерений ММП доступны по адресу: [7].

На рис. 1 показаны поведения B_z-компоненты, D_st-вариаций и зональных компонент (C₀₀, C₁₀ и C₂₀) в периоды 2-х геомагнитных бурь, в которых не проявились предикторы в КЛ. В этих случаях положительные значения зональных компонент КЛ не превышают значения 0.7%, а их суммы величины 1%. Как видно из рис. 1 наблюдается схожая динамика в поведении B_z-компоненты ММП перед началами и в периоды главных фаз приведенных магнитных бурь.

Рис. 1.

Поведения B_z-компоненты ММП, D_st-вариаций геомагнитного поля и зональных компонент (C₀₀, C₁₀ и C₂₀) в периоды геомагнитных бурь, наблюдавшихся 10 марта 1998 г. (а) и 23 апреля 2012 г. (б). Штриховыми линиями указаны критические уровни, треугольниками – начала геомагнитных бурь (SSC).

Динамика вышеуказанных параметров в периоды геомагнитных бурь, у которых предикторы проявились по всем 3-м зональным компонентам (превышение критического уровня во всех случаях) приведена на рис. 2. Для приведенных событий, в поведении B_z-компоненты ММП также наблюдаются одинаковые вариации до и в начале главных фаз возмущений.

Рис. 2.

Поведения B_z-компоненты ММП, D_st-вариаций геомагнитного поля и зональных компонент (C₀₀, C₁₀ и C₂₀) в периоды геомагнитных бурь, наблюдавшихся 26 августа 1998 г. (а) и 6 ноября 2000 г. (б). Штриховыми линиями указаны критические уровни, треугольниками – начала геомагнитных бурь (SSC).

Также исследовались случаи, когда проявление предикторов возмущений происходило по превышению критических величин для суммарных значений положительных зональных компонент C₀₀, C₁₀ и C₂₀. Необходимо отметить, что в них также наблюдается одинаковая динамика поведения всех 3-х зональных компонент распространения КЛ и характерное поведение B_z-компоненты ММП перед началами геомагнитных бурь.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Динамика поведения B_z-компоненты ММП во время геомагнитных бурь, не является однозначно определяющим пространственное распределение зональных компонент КЛ в эти периоды. В то же время наблюдаются геомагнитные бури, для которых отсутствие или проявление предикторов магнитных бурь по измерениям КЛ связано с характерными поведениями B_z-компоненты ММП во время возмущений.

Работа выполнена с использованием оборудования уникальной научной установки “Российская национальная наземная сеть станций космических лучей” и при поддержке РФФИ (проект № 18-42-140002-р_а). Авторы благодарны NMDB, основанной при поддержке программы Европейского союза FP7 (контракт № 213007), за предоставленные данные.