Солнечно-земная Физика

СТРУКТУРА АВРОРАЛЬНЫХ ВТОРЖЕНИЙ В НОЧНОМ СЕКТОРЕ МАГНИТОСФЕРЫ, ч.3

Недостатком сведений о вторжениях авроральной плазмы на спутниках с полярными орбитами является их относительно малое временное и пространственное разрешение: спутники типа DЕ-2 и DMSP пересекают высокоширотную область с интервалом -100 мин и дают сведения о положении границ только вдоль траектории. О глобальной пространственно-временной картине вторгающихся частиц и их динамике с большим временным разрешением, что необходимо для изучения процессов, протекающих при суббурях, можно теперь судить на основе изображений аврорального свечения в ультрафиолете, полученных в последние годы со спутников DЕ-1, Viking, Akebono и ряда других.

На рис. 4 приведены широтные разрезы интенсивности свечения вдоль меридиана 0.5 МLТ в начале фазы развития суббури 24.11.1986 г. по наблюдениям на спутнике Viking [29]. Магнитные широты экцентричного диполя на -7 - 8⁰ меньше исправленных геомагнитных широт. Суббуревая эволюция свечения на рис. 4 наложена на предшествующую конфигурацию двойного овала, с двумя максимумами свечения Ф' - 65⁰ и 70⁰. Новая суббуря начинается с интенсификации свечения в районе экваториальной границы аврорального овала и быстро расширяется к полюсу. По мере развития суббури наиболее интенсивное свечение сосредоточивается вблизи приполюсной границы аврорального овала, но сохраняется на высоком уровне и в его экваториальной части. Таким образом начинается суббуря вблизи экваториальной границы овала, т.е. глубоко внутри плазменного слоя; на 6 < L < 10 [9], а не в PSBL, т.е. не на периферии плазменного слоя (50 < L < 70), как это предполагалось в [21, 26, 22, 25].

Л. Лайонс [53], основываясь на предложенной им модели начала генерации суббури в граничном плазменном слое, подверг критике представления [2, 9] о структуре плазменных доменов в ночном секторе магнитосферы и содержащуюся в этих работах аргументацию относительно расположения в магнитосфере области начала генерации суббурь. Доводы [53] были проанализированы в [38] и было показано их несоответствие результатам наблюдений. Ошибочность концепции Лайонса о генерации магнитосферных суббурь в удаленных областях магнитосферы была еще раз подтверждена в работе [54], выполненной в соавторстве с Л. Лайонсом и направленной в печать спустя всего несколько месяцев после первой международной конференции по суббурям в Кируне (март 1992 г.), где эта проблема детально обсуждалась.

Вызывает удивление, что Дж. Самсон, Л. Лайонс и др., приводя в [54] дополнительные аргументы в пользу изложенных в публикациях Я.И. Фельдштейна и Ю.И. Гальперина представлений о начале магнитосферной суббури на квази-дипольных магнитных силовых линиях вблизи внутренней границы плазменного слоя, никак не сравнивают свои выводы с этими представлениями, которые до того так активно критиковал Л. Лайонс в [53] (и даже не ссылаются на них). Такое сравнение, которое по частному сообщению Дж. Самсона одному из авторов (Я.И.Ф.) содержалось в первоначальном варианте статьи, но затем было исключено по настоянию Л. Лайонса, могло бы сообщить читателям о кардинальном изменении воззрений Л. Лайонса на природу и расположение в магнитосфере источника магнитосферных суббурь, которое произошло сразу же после конференции в Кируне, посвященной этим проблемам. Публичное признание Л. Лайонсом ошибочности развиваемой им до конференции в Кируне концепции генерации магнитосферных суббурь было бы тем более уместно, поскольку в [54] им справедливо отмечается ошибочность концепций, изложенных в [21, 26], в которых также предполагается, как и в предшествующих работах Лайонса [22, 53], расположение источника генерации суббурь на периферии плазменного слоя, а не на его околоземном краю. Во всяком случае, работа [54] показывает, что даже основные защитники схемы ВЯА75 переходят на схему ФГ85, по крайней мере, в отношении главного вопроса проектирования овала дискретных форм сияний на ЦПС в магнитосфере, хотя и не всегда открыто признавая это. Однако, терминология и методики определения границ здесь еще не устоялись, и это может приводить к дальнейшей путанице. Одной из попыток прояснения этих методических вопросов и посвящена данная работа.

По мере развития суббури, как видно на рис. 4, наиболее активные и динамичные формы полярных сияний сосредоточиваются на приполюсной части аврорального овала, обуславливая второй максимум в широтном распределении, часто с минимумом между двумя максимумами, одного в районе приполюсной, другого - у экваториальной границы овала. Два отчетливо выраженных максимума в широтном распределении свечения с глубоким минимумом между ними характерны для фазы восстановления суббури [30]. Согласно [28] интенсивные и долгоживущие активные дискретные формы полярных сияний, образующих полярный край авроральной выпуклости, проектируются на тонкий слой в хвосте магнитосферы - граничный слой плазменного слоя (PSBL) [39), который по [35] проектируется на дискретные формы полярных сияний. Так как толщина PSBL невелика (0.5 - 1 Re), то он должен проектироваться не на весь овал, а на его приполюсную часть, где располагается активная дискретная структура. Эта структура изображена на рис. 1б черным прямоугольником. В связи с тем, что дискретные формы полярных сияний существуют в интервале широт, который проектируется в хвост магнитосферы на различные районы плазменного слоя, Фельдштейн еще в [28] предположил: "механизм возбуждения приполюсной дуги в ходе развития суббури отличается от механизма ускорения электронов в перевернутых V-структурах для дуг аврорального овала. Этот механизм ответственен за часто существующее сохранение длительное время интенсивного полярного сияния на приполюсном краю аврорального овала".

Мнения о различии в механизмах генерации дискретных форм полярных сияний в экваториальной и приполюсной частях ночного сектора аврорального овала придерживаются и Элфинстоун и др. [30]. При этом предполагается, что активная приполюсная дуга проектируется на PSBL. Однако в свете широко распространенного мнения, что по данным околоземных спутников на PSBL в хвосте магнитосферы проектируется область существования VDIS2, которая располагается к полюсу от приполюсной активной дуги полярного сияния, следует отнести эту активную дугу к приполюсной границе центрального плазменного слоя. Вторжение мягких авроральных электронов, в широтном интервале которого наблюдаются VDIS2, из геометрических соображений проектируется в хвост магнитосферы на ПОПС, включающую как граничный слой плазменного слоя ГСПС или PSBL), так и лежащий на его внешней границе низкоэнергичный электронный слой (НЭС или LEL) и далее на очень удаленные области ЦПС.

По фототелевизионным наблюдениям на спутниках Viking и DЕ-1 в крайнем ультрафиолете из-за недостаточно высокого пространственного разрешения ( > 50 км, что обусловлено, в основном, оптически толстым слоем для ярких линий свечения 130 нм кислорода) трудно разделить дискретные (с поперечным масштабом (50 км) и диффузные формы полярных сияний. Лучше обстоит дело с пространственным разрешением дискретных авроральных форм и регистрацией их свечения на спутниках серии DMSP в видимой и инфракрасной области спектра. На рис. 5 приведены примеры изображения полярных слияний на спутнике DMSP на фазе развития и восстановления суббури. Спутник пересекал высокоширотную область с утренней стороны (справа) на вечернюю (слева) за 14 мин. Местная полночь расположена в центре нижней части фотографии. Распределение свечения на рис. 5 (вверху) характерно для заключительной стадии фазы развития, когда в полуночном секторе дискретные формы сместились к полюсу более чем на 10' от экваториальной границы, а движущийся к западу изгиб располагается в вечернем секторе. В данном случае в околополуночном секторе к дискретным формам следует отнести не только мелкие структурные светящиеся образования в приполюсной части овала, но и более однородное интенсивное свечение в экваториальной части. Отнесение такого свечения к СРS в терминологии ВЯА75, т.е. к диффузной авроральной зоне, как это сделано в [55], вряд ли целесообразно. Об этом свидетельствовали как спектры авроральных электронов, так и другие данные (см. более детальное обсуждение этого случая в [42], где учтен также характер продольного тока). По-видимому, граница СРS/ВРS по ВЯА75 или ОС/ЦПС по ФГ85 около полуночи проходит по экваториальной границе широкой яркой полосы на снимке DMSP на Ф' - 65', а не вдоль ее приполюсной границы. Такая интерпретация этих измерений согласуется с распределением продольных токов, описанных в [55] для аналогичных авроральных ситуаций. Вытекающий ток соответствует яркому пятну свечения, а втекающий - субвизуальному свечению экваториальнее пятна, которое в [42] отнесено к диффузной авроральной зоне.
Из снимков аврорального свечения со спутников ВАР следует, что часть интервала широт, относимого по спектрограммам электронных вторжений в [3] к диффузной зоне на фазе восстановления суббури, в действительности относится к области структурированных вторжений. Как видим, этот случай наблюдений картины "двойного овала" показывает, что в действительности здесь речь идет о двух максимумах интенсивности свечения на границах единого овала дискретных форм полярных сияний.

Рис. 5. Фотографии полярных сияний со спутника DMSP 22.1.1976 г. на фазе развития суббури. Индексы авроральных электроструй АЕ= - 1000 нТ, АL= -750 нТ в 17.33 UT (вверху) и на фазе восстановления суббури АЕ - 50 нТ, АL - 300 нТ в 20.57 UT (внизу). На снимке север - вверху, восток - справа.

Снимок на рис. 5 наглядно демонстрирует невозможность, при соблюдении принципа сохранения магнитного потока, проектирования области дискретных форм полярных сияний на узкий PSBL в хвосте магнитосферы. При ширине области аврорального овала (> 10⁰ по широте) сохранение магнитного потока предполагает проектирование этой области на всю толщину протяженного вдоль хвоста плазменного слоя, а не на его тонкую область вблизи внешней границы, которой является PSBL, магнитный поток через который в десятки раз меньше, чем через овал дискретных форм сияний.

На фазе восстановления (рис. 5 внизу) дискретные формы аврорального свечения располагаются по всему авроральному овалу, но интенсивность их в промежутке между экваториальной и приполюсной границей заметно ослабевает. Приполюсная граница аврорального овала от полуночных до вечерних часов обозначена яркой полосой, интенсивность которой даже превосходит свечение вблизи экваториальной границы. Мелкомасштабность областей яркого свечения в экваториальной части и независимость вариации интенсивности свечения в приполюсной и экваториальной частях овала дает дополнительные аргументы в пользу качественного различия механизмов генерации авроральных электронов в этих двух областях.

назад		вперед		оглавление		литература
		другие обзоры