
книги из ГПНТБ / Гульельми А.В. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы
.pdfВ табл. 3 приведены |
ко |
Частота, мгц |
|||||||||||
эффициенты |
корреляции |
ме |
|
||||||||||
жду lg Т и логарифмами |
R, |
|
|||||||||||
U, |
N, |
|
Р |
и В. |
|
В |
скобках |
|
|||||
указано |
|
число |
|
пар |
|
точек, |
|
||||||
использованных |
при расчете. |
|
|||||||||||
Связь Т с Р довольно |
|
слабая |
|
||||||||||
и в |
дальнейшем |
рассматри |
|
||||||||||
ваться не будет. |
Что |
|
же ка |
|
|||||||||
сается связи |
Т |
с ІѴ, |
то, |
судя |
|
||||||||
по графику, |
эта |
связь |
неод |
|
|||||||||
нозначна |
[ 2 7 6 ] . |
|
Поэтому |
ко |
|
||||||||
эффициент |
корреляции |
|
не |
|
|||||||||
является подходящей |
|
х а р а к |
|
||||||||||
теристикой |
тесноты |
|
связи. |
|
|||||||||
Д л я сравнения T |
(N) |
с наибо |
|
||||||||||
лее тесными |
связями |
I |
(В) |
и |
|
||||||||
T (R), |
|
воспользуемся |
мето |
|
|||||||||
дами дисперсионного |
|
много |
|
||||||||||
факторного |
анализа |
|
[ 2 7 9 ] . |
|
|||||||||
Подобный |
анализ |
|
позво |
|
|||||||||
ляет |
оцепить |
степень |
|
влия |
|
||||||||
ния |
факторов R, N |
и В и их |
|
||||||||||
сочетаний на «отклик» систе |
|
||||||||||||
мы Т и |
|
выяснить |
достовер |
|
|||||||||
ность |
обнаруженного |
|
влия |
|
|||||||||
ния |
факторов. |
К а ж д ы й |
фак |
|
|||||||||
тор |
разбивается |
на |
уровни |
|
|||||||||
(градации) |
и |
производится |
|
||||||||||
случайная |
выборка |
откликов |
|
||||||||||
для каждого уровня . Степень |
|
||||||||||||
в л и я н и я |
фактора |
характери |
|
||||||||||
зуется |
отношением |
изменчи |
|
вости (дисперсии) Т, обус |
|
|
|
|
50 |
|
70 |
||||||
ловленной данным фактором, |
|
/О |
|
30 |
сек |
||||||||
к |
общей |
изменчивости |
Т. |
|
|
|
|
Период, |
|
||||
Р и с. 39. Зависимость периода дневных |
|||||||||||||
П р о в е р к а статистической |
зна |
||||||||||||
чимости |
в л и я н и я |
фактора |
пульсациіі |
от параметров |
околозсмпой |
||||||||
среды |
|
|
|
|
|
||||||||
осуществляется |
с |
поімощью |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
критерия |
Фишера . |
(Подробности |
смотри |
в [ 2 7 9 ] . ) |
|
||||||||
|
Было |
сделано |
три одпофакторных |
анализа, в каждом из кото |
|||||||||
рых оценивалась |
степень |
в л и я н и я |
на |
Т |
одного из |
факторов (R, |
|||||||
N |
ил и В) |
и степень |
«случайных» влияний, |
т. е. степень в л и я н и я |
|||||||||
факторов, |
не учитываемых в |
данном |
|
конкретном |
апализе. |
Р е з у л ь т а т представлен в табл. 4 . Анализ проведен раздельно в двух
диапазонах периодов. Б ы л о |
выбрано |
по |
три |
градации |
R, по |
|
четыре градации N и по четыре градации |
В |
в |
каждом |
диапа |
||
зоне. Уровень достоверности |
в л и я н и я |
факторов |
не ниже 0 , 8 . |
5* 131
Т а б л и ц а 3. |
Корреляции |
периода РсЗ, 4 |
с параметрами |
околоземной |
среды |
Параметр |
Коэффициент корреляции |
Л0,58+0,07
и |
— 0,47+0,0іі |
(161) |
N |
0,05+0,0S |
(150) |
Р |
-0,24+0,03 |
(98) |
В |
-0,82+0,02 |
(165) |
Впдно, что основной вклад в изменчивость периода пульса ций вносят вариации напряженности межпланетного магнитного поля . В диапазоне Т 40 сек (РсЗ) существует, кроме того, довольно заметная связь Г с /?, а в диапазоне Т у> 40 сек (Рс4) — связь Т с N. Качественно эти детали можно заметить и па рис. 39: например, на левой ветви графика N(T) разброс точек больше, чем па правой.
Т а б л и ц а 4. Факторный анализ
Т < 40 сек
|
0,57 |
|
0,23 |
|
0.89 |
|
|
|
Т |
> 40 сек |
|
|
|
|
0,27 |
|
0,54 |
|
0,75 |
|
Какова |
природа |
многообразия |
связей |
периода |
пульсаций |
|
с параметрами околоземной |
среды? |
Окончательного |
ответа на |
|||
этот вопрос |
еще иѳ получено. Обилие связей |
периода |
пульсаций |
|||
отчасти обусловлено |
взаимозависимостью параметров. (Напри |
|||||
мер, R явно зависит от U и N.) Отчасти же оно обусловлено тем, |
что в наблюдаемый на поверхности Земли спектр пульсаций дают вклад источники двух типов: гидромагнитные волны, прони кающие в магнитосферу из межпланетной среды, и собственные колебания магнитосферы. Тесная связь Т с В указывает на зна чительную роль источников первого типа. Более слабая зависи
мость Т (R) при Т ^ |
40 сек может |
быть понята с позиций |
теории |
|||
магнитосфериого |
резонатора. Н а |
этой же основе можно |
качест |
|||
венно понять и |
связь Т (N) при |
Т ^> 40 сек, если |
допустить, |
|||
что в спокойных |
условиях (малые U) плазма солнечного |
ветра |
||||
свободно |
проникает |
внутрь магнитосферы (например, |
через нейт |
|||
ральные |
точки). |
|
|
|
|
|
132
Итак, несущая частота пульсаций РсЗ,4 пропорциональна на пряженности межпланетного магнитного поля перед фронтом ударной волны. Отношение частоты пульсаций к гнрочастотѳ
протонов в |
солнечном ветре |
со/fi,, |
~ 0,35. Интересно |
отметить, |
||
что близкое |
к |
этому значение |
co/Qp |
наблюдается |
д л я |
гидромаг- |
иитных волн, |
обнаруженных при полете спутника |
«Эксплорер-35» |
в солнечном ветре перед ударным фронтом [97]. Гидромагнитные волны регистрировались лишь в тех случаях, когда силовая линия
межпланетного магнитного поля, проходящая |
через |
спутник |
в момент наблюдения, проходила также и через |
фронт |
у д а р н о й , |
волны. Этот факт получил следующую интерпретацию [97, 282].
Известно, |
что ударный |
фронт испускает протоны с энергией |
||||
~ 3—6 |
кэв, |
движущиеся |
вдоль |
силовых |
линий |
межпланетного |
поля по |
направлению к |
Солнцу |
[235]. |
Наличие |
пучка частиц |
в солнечном ветре приводит к неустойчивости, в результате кото рой возбуждаются гидромагнитные волны. Скорость солнечного ветра на порядок больше альвеповской скорости. Поэтому волны могут быть зарегистрированы только в том случае, если они воз буждены перед спутником, т. е. выше по потоку солнечной плазмы. Очевидно, необходимым условием д л я регистрации является проникновение энергичных протонов из ударного фронта вдоль магнитных силовых линий в область пространства, расположен ную перед спутником. Это, в свою очередь, возможно лишь при подходящей ориентации межпланетного магнитного поля .
Гидромагнитные волны, возбуждаемые в межпланетной среде пучком отраженных протонов, вероятно, проникают в магнито
сферу и дают |
вклад в наблюдаемый на Земле спектр |
геомагнитных |
|||
пульсаций в |
диапазоне |
РсЗ, 4. |
|
|
|
Дополнительная информация |
о природе |
РсЗ, |
4 содержится |
||
в данных наблюдения |
модуляции |
амплитуды |
пульсаций иеодно- |
родностями солнечного ветра. Обнаружено, что пульсации исче
зают, т. е. их амплитуда уменьшается |
до уровня шумов, |
в том |
|
случае, когда межпланетное магнитное |
поле изменяет ориента |
||
цию таким образом, что становится |
перпендикулярным |
линии |
|
Солнце — Земля |
[280]. |
|
|
Д р у г о й пример |
модуляции амплитуды пульсаций представлен |
на рис. 40. Слева показаны осциллограммы пульсаций, а справа — стандартные магнитограммы, на которых отчетливо видны отри цательные магнитные импульсы si". В данном примере пульсации исчезают после каждого импульса si". Установлено, что исчезно
вение |
пульсаций тем вероятнее, чем больше по модулю |
величина |
si~ и |
чем больше период пульсаций до si" [281]. |
|
В |
целом интерпретация модуляционных эффектов |
является |
сложной задачей. Однако становится совершенно очевидной при чина исчезновения пульсаций п р и указанной выше переориента
ции межпланетного поля, |
если принять, что пульсации |
возбу |
ждаются перед ударным |
фронтом пучком отраженных |
про |
тонов. |
|
|
133
Зорок |
Банги |
іч. ш. ms
T*ZO |
|
|
|
|
|
|
|
Of-. 00 |
05.00 UT |
Т^ВО" |
\ |
|
29.in.W65 |
|
OS. 30 |
03.00 |
10.00 ÜT |
||
|
|
|||
P и с. 40. Исчезновение |
|
дневных пульсаций после отрицательных магнит |
||
ных импульсов |
|
|
|
|
Б ы ло бы преждевременным пытаться строить |
количественную |
|||
теорию возбуждения |
|
РсЗ, 4 на основе рассматриваемой гипотезы. |
Необходимы дальнейшие эксперименты и прежде всего — деталь
ное сопоставление спектров пульсаций, наблюдаемых одновремен |
|||
но на Земле и в межпланетной |
среде. |
|
|
Спорадические пульсации (Рі2). Нормальный режим |
колеба |
||
ний |
ночной полусферы — это |
спорадически возникающие цуги |
|
Рі2 . |
Ситуация здесь, п о ж а л у й , |
наиболее сложная . Цуги |
пульса |
ций возбуждаются на оболочках, примыкающих к нейтральному
слою хвоста. В |
этой области дипольиая модель геомагнитного |
||
п о л я совершенно |
неприменима. Кроме того, картина |
усложняется |
|
ипжекцией горячей плазмы вдоль колеблющихся силовых |
линий . |
||
Нестационарность среды в момент возбуждения Рі2 еще |
более |
||
затрудняет расчет спектра колебаний. |
|
|
|
Вероятно, Рі2 есть стоячие гидромагнитные волны на силовых |
|||
линиях, проходящих через зону или несколько южнее |
зоны |
||
сияний . Об этом |
свидетельствует наличие резкого |
максимума |
амплитуды Рі2 в субавроральных широтах ночной полусферы. Небольшой дополнительный максимум имеется на широте плазмо паузы [89, 90].
Наиболее продолжительные серии мощных цугов Рі2 воз буждаются во время магнитосферпых суббурь . Взрывной фазе суббури обычно предшествует переориентация компоненты меж планетного магнитного поля В, (перпендикулярной к плоскости эклиптики) с северного направления на южное . Интересно отме тить связь амплитуды пульсаций Рі2, возбужденных вслед за подобной переориентацией, с величиной скачка ABZ (рис. 41).
134
Форма |
цугов |
свидетельствует |
о |
том, |
|
|
|
||||||||
что |
магнитосфера |
подвергается |
действию |
|
|
|
|||||||||
импульсного |
источника, |
расположенного |
|
|
|
||||||||||
в окрестности |
полуночного |
|
меридиана. |
|
|
|
|||||||||
Принято считать, что источник |
Рі2 |
|
возни |
|
|
|
|||||||||
кает в результате взрывоподобиых |
процес |
|
|
|
|||||||||||
сов |
в нейтральном |
|
слое геомагнитного |
|
|
|
|||||||||
хвоста. |
Спектр |
источника |
широкий, но |
|
|
|
|||||||||
из |
него |
«вырезаются» |
отдельные |
Фурье - |
|
|
|
||||||||
компоненты, соответствующие |
собственным |
|
|
|
|||||||||||
частотам |
магнитосфериого |
резонатора. |
Р и с . |
41. Связь |
|
||||||||||
Конечная ширина |
спектральных |
|
линий |
амплн- |
|||||||||||
резонатора |
приводит |
к |
затуханию |
коле |
туды |
цугов РІ2 |
с вели |
||||||||
баний. |
Конкретные |
механизмы |
затуха |
чиной скачка межпланет |
|||||||||||
ного магнитного |
поля |
||||||||||||||
ния — поглощение в ионосфере и рассея |
|||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||
ние |
энергии |
по |
объему |
магнитосферы. |
|
|
|
||||||||
|
В последнее время в связи |
с интенсивным исследованием суб |
бурь заметно повысился интерес к пульсациям ночной полусферы. История развития представлений, результаты синоптического исследования пульсаций и ряд новых идей о физической природе Рі2 изложены в работах [9, 83—90, 283].
§19. Специфические пульсации
взоне сияний и в полярной шапке
Геомагнитный хвост, я в л я ю щ и й с я наиболее подвижной частью магнитосферы, колеблется под действием неодиородностей сол нечного ветра. Из общих соображений можно ожидать возбужде н и я весьма богатого спектра колебаний хвоста ка к целого. Источ ники колебаний, вероятно, располагаются на внешней поверх
ности хвоста и |
в |
нейтральном слое. Эффекты колебаний хвоста |
|||||
следует искать |
в |
различных |
проявлениях |
активности |
пульсаций |
||
в полярной |
шапке и в зоне сияний [6—9, 11, 284—289]. |
||||||
Раньше |
других была обнаружена и |
изучена |
перманентная |
||||
активность иррегулярных пульсаций в ночном секторе |
зоны сия |
||||||
ний. Эта активность тесно связана с флуктуациями |
ионосферных |
||||||
параметров |
и |
усиливается |
с усилением |
авроральной |
электро |
струи. Непосредственной причиной возникновения хаотичных
пульсаций |
я в л я ю т с я флуктуации |
тока, |
текущего |
на |
высоте |
||
~ |
100 км в зоне сияний. Ф л у к т у а ц и и |
электроструи вызваны |
флук |
||||
туациями |
проводимости, |
которые, в свою |
очередь, |
обусловлены |
|||
хаотичной |
бомбардировкой ионосферы электронами с энергией |
||||||
~ |
10 кэв, |
имеющими явно хвостовое происхождение. Н е |
ясно, |
||||
однако, существует л и непосредственная связь этих |
флуктуации |
||||||
с |
колебаниями хвоста. |
Возможно, |
что |
гидромагнитные |
шумы |
||
в |
хвосте |
модулируют |
поток электронов, |
вторгающихся |
в зону |
сияний . Но не исключено т а к ж е , что флуктуации пучка возникают
135
в результате неустойчивости уже после вторжения из хвоста
вмагнитосферу.
Более тесно с колебаниями хвоста связаны всплески шумов (рис. 11). Всплески возбуждаются непосредственно в авроральной ионосфере и являются лишь вторичным эффектом процес сов, разыгрывающихся в хвосте. Однако их наиболее сущест венные свойства — тенденция появляться группами и квазипериодичность всплесков в группе — обусловлены попереч ными колебаниями хвоста.
После вторжения из хвоста в магнитосферу частицы дрейфуют в неоднородном магнитном поле. П р и этом электроны, дрейфую щие на восток, могут возбудить низкочастотные' колебания в утреннем секторе зоны сияний . Данные наблюдений свидетель
ствуют о том, что источником пульсаций типа |
а в р о р а л ы і а я ажита |
||
ц и я являются |
электроны, инжектируемые |
в |
магнитосферу из |
хвоста во время суббурь. |
|
|
|
Внутри хвоста можио ожидать появления |
коротковолновых |
||
гидромагнитных |
возмущений, способных проникнуть в полярную |
ш а п к у . Действительно, при сжатиях и растяжениях хвоста рас
пределение |
населяющих его частиц становится неравновесным. |
|
Б л а г о д а р я |
этому может возникнуть неустойчивость 5 . Если |
внут |
ри магнитосферы на оболочках с L ~ 5—6 неустойчивость |
приво |
|
дит к появлению Pel (T ~ 1 сек), то в удаленных областях |
хвоста, |
|
где магнитное поле раз в десять слабее, следует ожидать появления |
||
волп с T ~ |
10 сек (диапазон Рс2). Эти волны, проделав длинный |
путь вдоль хвоста к а к вдоль трубы, могут проникнуть в полярную
ш а п к у и быть зарегистрированы |
в виде геомагнитных пульсации |
|||
типа Рс2. |
|
|
|
|
Н и ж е рассматриваются |
вопросы интерпретации |
трех типов |
||
пульсаций |
в зоне сияний |
и в |
полярной шапке, |
возбуждение |
которых прямо или косвенно связано с активностью геомагнитного хвоста.
Квазипериодпчные всплески шумов . Короткие импульсные
всплески шумов |
(Ріі) наблюдаются вблизи местной полуночи |
как в спокойные, |
так и в возмущенные периоды, однако вероят |
ность их появления отчетливо увеличивается с ростом магнитной возмущенности. Типичный пример всплесков показан на рис. 11. Видно, что в сопряженных точках импульсы возникают одновре менно .
Весьма важной, на наш взгляд, особенностью всплесков я в л я ется то, что они имеют тенденцию появляться группами по 3—5 импульсов. Было замечено [71], что вероятность появления групп,
состоящих из п и более импульсов, в равноденствии |
выше, чем |
в солнцестоянии, причем это различие увеличивается |
с ростом п. |
Н а рис. 42, б дано распределение событий по величиие |
интервала |
6Затекание в хвост плазмы солнечного ветра также может привести к неус тойчивости.
136
б
|
Р и с. 42. Распределение всплесков |
Ріі |
|
|
|
т между |
импульсами в группе . |
В среднем |
х ~ 8 лиш . |
Видно |
|
т а к ж е , что всплески наблюдаются |
чаще |
всего |
в окрестности |
мест |
|
ной полуночи (рис. 42, Й). |
|
|
|
|
|
Мы попытаемся на основании этих сведений дать качественное |
|||||
описание |
возникновения импульсивных |
всплесков. Прежде |
всего |
||
следует разобраться, где локализован источник магнитных |
пуль |
саций. Появление всплесков симметрично в сопряженных точках наводит на мысль о том, что источник располагается в вершине силовых линий . Распределение интенсивности по спектру импуль
сов, наблюдаемых одновременно в |
сопряженных точках, отнюдь |
|||
не одинаково. Это различие |
можно |
было бы объяснить различием |
||
ионосферных |
параметров, |
определяющих |
проникновение волн |
|
к поверхности |
Земли. Тем не менее такое |
предположение следует |
отвергнуть, так как все спектральные компоненты отдельного
всплеска |
наблюдаются практически |
одновременно. |
Отсутствие |
||
сколько-нибудь |
заметной |
дисперсии |
импульсов свидетельствует |
||
о том, что |
имеется два источника магнитных пульсаций, и оба |
||||
располагаются |
неподалеку |
от пунктов наблюдения в |
сопряжен |
ных точках — в ионосфере, или невысоко над нею. Можно пойти дальше и сделать более решительное заключение. Аналогично перманентным хаотичным пульсациям зоны сияний, импульсивные всплески есть быстрые магнитостатические вариации токов, текущих на уровне £ - с л о я ионосферы. Действительно, если бы всплески возбуждались над ионосферой в виде волн, бегущих вниз, то в результате о т р а ж е н и я от Земли должны были бы наблю
даться |
вторичные |
импульсы |
через |
одиу-две |
минуты после |
каждого |
всплеска. |
|
|
|
|
Итак, всплески |
магнитных |
шумов |
в ионосфере |
(или невысоко |
над нею) возбуждаются в результате и н ж е к ц и н частиц симметрич-
137
но |
в сопряженные области. По-видимому, вторгаются электроны |
|||
с |
энергией ~10 кэв и |
малыми питч-углами, |
ускоренные |
в ней |
тральном слое хвоста. |
Вторжение происходит |
короткими |
выбро |
сами — продолжительность активной фазы отдельной и н ж е к ц и и не более двух-трех минут.
Периодичность всплесков магнитных пульсаций отражает пе риодичность сброса электронов в зону сияний. Обратим внимание на то, что период повторения всплесков равен по порядку величи
ны времени |
пробега т |
гидромагнитной |
волны от нейтрального |
||
слоя до |
боковой |
поверхности хвоста и |
обратно. |
||
К а к |
известно, |
хвост |
является резервуаром, из которого черпа |
||
ется энергия |
полярных |
возмущений, в том числе — энергия маг |
нитных пульсаций . Предполагается, что в процессе высвобожде ния запасенной энергии важное значение имеет пересоединение, перехлест силовых линий через нейтральный слой. Можно выска зать гипотезу, что при пересоедииении силовых линий через нейтральный слой генерируется пара слабых ударных волн (или уединенных импульсов), расходящаяся от места пересоеди нения к периферии хвоста. Отразившись от граничной поверх ности хвоста, волны бегут навстречу друг другу . Столкновение ударных воли вблизи нейтрального слоя стимулирует повое пересоедииеиие. Регенерация ударных волн приводит к много
кратному |
повторению |
эффекта. |
|
Т а к и м |
образом, периодичные всплески магнитных пульсаций, |
||
возможно, |
я в л я ю т с я |
далеким последствием нелинейных |
колеба |
ний хвоста. К а ж е т с я |
правдоподобным, что столкновение |
ударных |
волн выше (или ниже) нейтрального слоя будет менее эффектив
ным, чем непосредственно вблизи него. Поэтому |
многократное |
||
повторение |
всплесков |
более вероятно в тех с л у ч а я х , |
когда волны, |
бегущие к |
оси хвоста, |
достигают нейтрального слоя |
одновремен |
но. Так как северная и ю ж н а я половины хвоста |
более симметричны |
в периоды равноденствия, то в эти периоды и |
наблюдается более |
частое появление многократных всплесков магнитных пульсаций . Мысль о том, что волны в хвосте должны иметь резкие фронты, возникает в связи с импульсивным характером всплесков. Однако мы недостаточно осведомлены о процессах в нейтральном слое хвоста, приводящих к инжекции авроральиых электронов, чтобы настаивать на этом моменте. К о л е б а н и я хвоста могут быть почти линейными (стоячие волны), но все же способными стимулировать
процесс импульсной инжекции .
Авроралыіая ажитация . Пульсации этого типа обычно наблю даются в ночные и утренние часы на фоне бухтообразных возму щений (суббурь). Визуальный анализ осциллограмм показывает, что период пульсаций в сопряженных точках одинаков. Изменение интенсивности пульсаций в сопряженных точках происходит без заметного сдвига во времени.
Существует некоторое запаздывание (10—15 мин) начала возбуждения пульсаций относительно начала суббури. Конец
P il с. 43. Распределение серий колебаний типа «авроральная ажитация» по скоростям ази мутального дрейфа начала се рий от полуночи на восток
,, I |
l _ i |
I |
I I |
I I |
I |
u |
|
0,5 |
1 |
1.5 |
1 |
2,5 |
|
ft, град j мин
серии пульсаций обычно совпадает с окончанием суббури. Можно предположить, что колебания возбуждаются частицами, вторгаю щимися в зону сияний из хвоста магнитосферы вблизи полуночного меридиана вовремя суббурь.
Сорт частиц однозначно определяется по направлению азиму тального дрейфа характерных деталей серии пульсаций . Запазды вание начала серии на восточных обсерваториях по отношению к западным указывает на то, что пульсации возбуждаются электро нами (284]. Об этом же свидетельствует асимметрия частоты появ ления пульсаций на данной обсерватории относительно местной полуночи. (Ажитация чаще наблюдается утром, чем вечером.)
Н а рис. 43 показано распределение серий пульсаций по величи не скорости перемещения начала серий с запада на восток. Рисунок построен по данным наблюдения пульсаций на обсерваториях
Ловозеро и м. Челюскин (разнос |
по |
долготе Дер А ; 60°) [284]. |
В среднем скорость перемещения |
ф ~ |
1 градIмин. Эта скорость |
измерена во вращающейся вместе с Землей системе отсчета. В не
подвижной системе отсчета скорость больше на 0,25 |
град/мин. |
|||
Скорость азимутального дрейфа частиц с малыми питч-углами |
||||
в поле |
геомагнитного диполя |
равна |
|
|
с р ж б - І О - ^ е . |
|
|
(19.1) |
|
П р и L |
~ 6 и ф ~ 1 град/мин |
получаем оценку |
энергии |
электро |
нов: s |
~ 30 кэв. Эта оценка не очень надежна, |
так как |
картина |
|
дрейфа |
электронов, инжектированных во время |
суббури, |
сильно |
усложняется наличием нестационарного крупномасштабного элект
рического |
п о л я |
в магнитосфере. |
Т а к , |
например, |
если на оболочке |
||||||||
L |
-~ 6 |
р а д и а л ь н а я |
компонента |
электрического |
поля |
порядка |
|||||||
~ 5 х 1 0 |
' е |
в/см, |
то |
скорость |
дрейфа, |
обусловленного |
этим полем, |
||||||
ф |
0,4 |
град/мин, |
т. е. соизмерима |
со |
скоростью |
перемещения |
|||||||
х а р а к т е р н ы х деталей |
серии |
пульсаций . |
|
|
|
||||||||
|
Отчетливо |
видна |
аналогия |
между |
авроральной |
|
ажитацией |
||||||
и гидромагнитными |
завываниями . Оба вида пульсаций |
возбужда- |
139
ются во время суббурь частицами, вторгающимися в м а п ш т о с ф е р у из хвоста. После в т о р ж е н и я происходит разделение частиц в ре зультате дрейфа в неоднородном магнитном поле: протоны дрейфу ют на запад, а электроны на восток от полуночи. В результате гидромагнитные завывания наблюдаются в вечернем секторе, а авроральная ажитация в утреннем. У обоих видов пульсаций экспериментально обнаружен эффект азимутального дрейфа.
Сзтдествеиное различие между пульсациями этих двух типов связано, по-видимому, с механизмом генерации. Гидромагиитиые завывания возбуждаются в результате циклотронной неустойчи вости инжектированных протонов. Что ж е касается электронов, то циклотронная неустойчивость может привести к возбуждению
волн в диапазоне килогерц . (Таким путем, судя по всему, |
возбуж |
|||||||||||
даются У Н Ч - и з л у ч е н и я типа |
хоров |
([14].) В диапазоне же |
долей |
|||||||||
герца должен действовать другой механизм возбуждения . |
||||||||||||
Физическая |
сущность |
этого |
механизма не установлена. До |
|||||||||
пустим, что период пульсаций равен периоду колебаний |
электро |
|||||||||||
нов между точками |
зеркального |
отражения и у к а ж е м возможный |
||||||||||
способ экспериментальной проверки этой гипотезы. |
|
|
||||||||||
Период колебаний частицы с малым питч-углом, между |
точками |
|||||||||||
зеркального |
отражения |
по порядку |
величины равен |
|
|
|||||||
Т^Ъ-ïWL/v. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(19.2) |
||
Здесь |
размерность |
Т — сек, |
V |
— |
см/сек. |
Комбинируя |
(19.1) и |
|||||
(19.2), |
находим |
в |
град/мин |
|
|
|
|
|
|
|
||
Ф ^ 2 - 1 0 - 2 / , 3 / Г 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
(19.3)- |
||||
Е с л и |
период |
пульсаций |
порядка |
Т, |
то |
на основе (19.3) |
можно |
сделать некоторые предсказания, поддающиеся экспериментальной
проверке. |
|
|
|
1. По данным наблюдений на двух обсерваториях, |
разнесен |
||
ных по долготе, можно исследовать |
зависимость скорости азиму |
||
тального перемещения ажитации от несущей частоты. |
Ожидается |
||
зависимость вида ф с о / 2 , где / = |
ЦТ. |
|
|
2. Предполагаемая зависимость |
ф от |
L имеет вид ф со ZA |
|
Величину L можно оценивать по данным |
регистрации |
пульсаций |
на цепочке обсерваторий, вытянутых вдоль магнитного меридиа на, или по Ç-индексу, характеризующему глубину инжекции частиц.
3. Некоторые оценки можно сделать и по данным наблюдения пульсаций на одной обсерватории, находящейся в момент измере ний в утреннем секторе. Интегрируя (19.3), получаем зависимость
несущей |
частоты от времени / с о 1 / Г = . |
(Напомним, |
что теорети |
|||
ческая |
оценка |
д л я пульсаций Ірсір |
приводит к |
зависимости |
||
/ со t'~.) |
Далее |
можно |
попытаться |
т а к ж е проверить |
зависимость |
|
/ от L (/ со L'*-) |
и от ер (/ со ] / ф ) . В данном случае угол ср отсчи- |
|||||
тывается от полуночи |
па восток. |
Существенным |
ограничением |