Солнечно-земная Физика

СТРУКТУРА АВРОРАЛЬНЫХ ВТОРЖЕНИЙ В НОЧНОМ СЕКТОРЕ МАГНИТОСФЕРЫ, ч.5

Основные авроральные структуры и их взаимосвязь с соответствующими областями в магнитосфере согласно ГФ91 приведены в табл. 1.

Таблица 1. Проектирование авроральных структур в магнитосферу

Авроральные структуры на малых высотах над ионосферой	Плазменные домены в магнитосфере
ДИФФУЗНАЯ АВРОРАЛЬНАЯ ЗОНА располагается в сторону к экватору от дискретных форм полярных сияний в авроральном овале; область 2 крупномасштабных продольных токов	ОСТАТОЧНЫЙ СЛОЙ (ОС-RL) расположен в пределах внешнего радиационного пояса до границы устойчивого захвата Лз.
ОВАЛ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ с яркими дискретными формами полярных сияний и сильными локализованными продольными токами; область 1 крупномасштабных продольных токов	ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПЛАЗМЕННЫИ СЛОЙ (ЦПС - СРS) включая нейтральный слой. Заметный диамагнитный эффект плазмы, токи поперек хвоста магнитосферы
ПОЛЯРНАЯ ДИФФУЗНАЯ АВРОРАЛЬНАЯ ЗОНА эмиссия преимущественно в красной линии 630 нм; слабое вторжение низкоэнергичных электронов и случаи VDIS2, располагающиеся непосредственно к полюсу от яркого полярного сияния аврорального овала	ПОГРАНИЧНАЯ ОБЛАСТЬ ПЛАЗМЕННОГО СЛОЯ (ПОПС-ВРS), включающая граничный слой плазменного слоя (ГСПС PSBL) и низкоэнергичный слой (НЭС LEL). Пучки ионов с дисперсией по скоростям (VDIS2) в ГСПС; пучки низкоэнергичных электронов и ионов противоположного направления в НЭС
ПОЛЯРНАЯ ШАПКА Очень слабое авроральное излучение и низкоэнергичное вторжение (полярный дождь). Спорадические потоки солнечных электронов и солнечных космических лучей	ДОЛИ ХВОСТА (ДХ - TL) Чрезвычайно низкая плотность плазмы

Для плазменных доменов в магнитосфере рядом с русскими условными обозначениями приведены их английские (RL - Remnant Layer, СРS - Сепtrаl Plasma Sheet, ВРS - Boundary Plasma Sheet, PSBL - Plasma Sheet Boundary Layer, LEL - Low Energy Layer, Т - Тail Lоbе), которые часто используются в иностранной литературе.

В табл. 2 приведена сводка основных границ областей вторжения плазмы авроральных энергий на высоты верхней атмосферы по [2] и предполагаемые их проекции в магнитосферу в ночном секторе по ГФ91 [9]

Таблица 2. Основные плазменные границы на высотах верхней атмосферы и их "естественное трассирование" в магнитосферу в ночном секторе

Оптические явления	Взаимосвязь с другими геофизическими явлениями
СВЕЧЕНИЕ НОЧНОГО НЕБА, нет авроральных эмиссий	ПЛАЗМОСФЕРА область плотной тепловой плазмы  ПСФ
Граница 1. (Г1э, и) Экваториальная граница слабой диффузной авроральной эмиссии преимущественно в 630 нм ЭГДС	Граница вторжения частиц "нулевой энергии" ГНЭ	Мгновенная граница крупномасштабной конвекции ГК	Резкий радиальный градиент плотности тепловой плазмы (плазмопауза) ПП
ДИФФУЗНАЯ АВРОРАЛЬНАЯ ЗОНА (бесструктурное излучение)   ДАЗ	ОСТАТОЧНЫЙ СЛОЙ Область с крупномасштабной конвекцией в пределах внешнего радиационного пояса, район кольцевого тока и области 2 продольного тока    ОС
Граница 2. (Г2з; Г2э, и; Г3а; Г4с) Экваториальная дуга полярного сияния и/или другие яркие дискретные формы ЭГАО	Граница устойчивого захвата Лз электронов внешнего радиационного пояса Е > 50 кэВ ГУЗ	Граница изотропии для захваченных ионов с Е > 50 кэВ ГИ	Граница между областью 1 и областью 2 крупномасштабных продольных токов ГР1Р2
ОВАЛ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ ярких дискретных форм АО	ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ СЛОЙ Область горячей плазмы на вытянутых в хвост магнитных силовых линиях по обе стороны от нейтрального слоя с током поперек хвоста магнитосферы ЦПС (СРS)
Граница 3. (Г3б, Г5) Приполюсная яркая дуга или полоса полярного сияния на границе аврорального овала ПГАО	Перевернутая V структура с потоком энергии Р ) 1 эрг/см с (самая высокоширотная)	Обращение направления или сдвиг конвекции ОСК	Самая высокоширотная мелкомасштабная структура продольных токов Jp>2 мкА/м2
ПОЛЯРНАЯ ДИФФУЗНАЯ АВРОРАЛЬНАЯ ЗОНА со слабой диффузной эмиссией 630 нм, пучками диспергированных по широте потоков энергичных ионов второго типа ВДИС2 (VDIS2)	ПОГРАНИЧНАЯ ОБЛАСТЬ ПЛАЗМЕННОГО СЛОЯ включающая: граничный слой плазменного слоя ГСПС (PSBL) и низкоэнергичный электронный слой НЭС (LEL) ПОПС (ВРS)
Граница 4. (Г6) - Приполюсная граница диффузного свечения в эмиссии 630 нм ПГДС	Уменьшение интенсивности вторгающихся потоков до уровня <10-2 эрг/см с ГВ	Граница крупномасштабной конвекции в полярной шапке (антисолнечная при ММП Вz < 0 или к Солнцу при Вz > О)* ГПК	Граница областей с замкнутыми и "разомкнутыми" магнитными силовыми линиями ГЗР
ПОЛЯРНАЯ ШАПКА отсутствие аврорального свечения или чрезвычайно слабое авроральное свечение   ПШ	ДОЛИ ХВОСТА МАГНИТОСФЕРЫ район "разомкнутых" магнитных силовых линий с разреженной плазмой ДХ (ТL)

* ММП Вz - составляющая межпланетного магнитного поля вдоль оси геомагнитного диполя, положительное направление - к северу.

В таблице также указаны характерные вариации ("автографы") параметров плазмы, которые позволяют осуществлять экспериментально "естественное трассирование" границ при их пересечении спутниками на различных высотах.
Под естественным грассированием понимается экспериментальная локализация плазменной границы, которая в силу своих физических характеристик может идентифицироваться как на авроральных высотах, так и в магнитосфере. Как правило, такие границы располагаются вдоль силовых линий геомагнитного поля, которое из-за наличия многих источников электрических токов может иметь в земной магнитосфере весьма сложную структуру.
Возле каждой границы, отмеченной в табл. 2, указана принятая в [3] идентификация границ Г1-Г6, которая основывается только на спутниковых измерениях на малых высотах для высыпающихся электронов и ионов, причем определение положения границ может осуществляться автоматически по соответствующим алгоритмам.
Положения этих трассирующих индикаторов или характерных особенностей, описывающих какую-либо специфическую плазменную границу, не обязательно в точности совпадают, а некоторые из них могут отсутствовать ли не быть идентифицированы в отдельных геофизических ситуациях или при конкретном пролете спутника.
Тем не менее, мы надеемся, что приведенные выше аргументы в пользу идентификации авроральных областей и их соответствия основным плазменным доменам в хвосте магнитосферы вместе с соответствующей терминологией позволят преодолеть возникшую путаницу в определениях и схемах и помогут сосредоточить внимание на реальных нерешенных проблемах в физике магнитосферы, что особенно важно для проводимых сейчас многоспутни- ковых координированных экспериментов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проектам 96-05-66279 и 94-02-04299а и ПЛАТАВ по проекту 94-1695.
Благодарим П.Т. Ньюэла из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Гопкинса за участие в работе по систематике ночных авроральных вторжений и плодотворное обсуждение полученных результатов, и С.-И. Акасофу за предоставленные фотографии полярных сияний (рис. 5).

назад		оглавление		литература
		другие обзоры