Солнечно-земная
Физика

Справочник

Вариации геомагнитного поля

1. Суточные вариации
2. 27-дневные вариации
3. Полугодовая вариация

Суточные вариации геомагнитного поля

 Напряженность общего магнитного поля Земли складывается из нескольких частей B=M+m+D+N+S+L, где М-главное поле, обусловленное внутренними источниками, m-вековая вариация, D-регулярная или нерегулярная часть поля возмущений, связанная с внешними источниками; N-нециклическая вариация в спокойные периоды от внешних источников. Поле S является периодическим и обусловлено влиянием Солнца, Поле L также периодическое, возникает под влиянием Луны.

Дни, в течение которых записи магнитного поля ( магнитограммы) по трем элементам Н, D и Z или X, У, Z обнаруживают регулярные плавные вариации, называются магнитно-спокойными днями. Если же наблюдаются большие флуктуации, имеющие неправильный характер, то такие дни называются возмущенными днями. Солнечная магнитная вариация S в спокойные дни обозначается Sq . Суточная вариация магнитного поля в возмущенные дни после исключения Sq называется возмущенной суточной вариацией Sd.. Она является частью планетарного возмущенного поля D. Для изучения "истинных" вариаций Sq все другие вариации должны быть исключены статистическими методами. Вариация Sq зависит от солнечных приливных движений (S1) и термоприливных движений (S2) атмосферы, приводящих к движениям ионосферы.

Ионосфера представляет собой проводящий слой плазмы, и ее движение индуцирует силу Лоренца, действующую на ионы и электроны, которые в свою очередь образуют электрические токи в ионосфере (фиксированные относительно Солнца). Аналогично лунный прилив генерирует силу Лоренца и соответствующую токовую систему, фиксированную относительно Луны. На станции, перемещающейся под этими токовыми системами будут наблюдаться магнитные вариации, зависящие от лунного времени. Они называются просто L-вариациями и имеют полусуточный характер с максимумами от 6 до 18 ч по лунному времени. Из наблюдений геомагнитного поля на поверхности Земли могут быть выделены Sq - и L-вариации и построены идеализированные эквивалентные токовые системы в ионосфере. Интенсивность типичной Sq -вариации в средних широтах составляет около 20 нТ, и она отчетливо прослеживается на магнитограммах, в то вpeмя как L-вариация очень мала (несколько нТ) и для ее выделения необходим статистический анализ.

Солнечно-суточная вариация усиливается вблизи экватора наклонения и может составлять 100-200 нТ. Токовая система Sq усиливается током электроструи, текущей в узкой полосе (+/-5°) над экватором. Токовая система Sq - это токовый вихрь, расположенный в каждом полушарии с центром на 30° геомагнитной широты вблизи полуденного меридиана. Токи текут вокруг этого центра, называемого фокусом Sq в направлении по часовой стрелке в южном полушарии и против часовой, стрелки в северном полушарии (северный и южный фокусы Sq находятся не на одном меридиане). Сильные Sq-токи существуют на освещенной стороне Земли между экватором и средними широтами. Интенсивность эквивалентных токов может составлять 120 000 А . Для обнаружения этих токов в средних широтах проводятся ракетные эксперименты с магнитометрами. Токовая система изменяется день ото дня, усиливаясь летом, реагирует на солнечные вспышки (см. эффект солнечной вспышки Sfe), солнечные затмения и, возможно, зависит от межпланетных полей и динамики магнитосферы.

Другая токовая система была введена Нагатой и Кокубуном для объяснения суточных вариаций в области полярной шапки в спокойные дни. Двувихревая система, названная Spq , получается после вычитания Sq-вариации, возникающей под действием динамо. Она ограничена областью высоких широт, λ>60°. Результаты последних наблюдений показывают, что в спокойные дни Spq-токи сосредоточены главным образом в высоких широтах в секторах 06-12 ч и 12-18 ч.

AKASOFU S.I., CHAPMAN S. Solar-Terrestrial Physics. Oxford University Press, 1972, Ch. 4. [Имеется перевод: Акасофу С. И., Чепмен С. Солнечно-земная физика. - М.: Мир., 1975.]
KANE R.P. Space Sci. Rev., 18, 413, 1976.
MATSUSHITA S. In Physics of Geomagnetic Phenomena, eds. S.Matsushita, W.H. Cambell, Vol.1, Ch. 3, New York, Academic Press, 1967.
NAGATA T.,KOKUBUN S. Rep. lonosph. Space Res. Japan, 16, 256, 1962.
PRICE A.T. Space Sci. Rev., 9, 151, 1969.

27-дневные вариации геомагнитного поля

 Геомагнитные индексы Сi, Кр и Ар показывают существование 27-дневных циклов геомагнитной активности солнечного происхождения. Активные области на Солнце выбрасывают солнечную плазму в виде высокоскоростных потоков, которые вызывают геомагнитные возмущения. Так как активные области на Солнце иногда сохраняются в течение нескольких солнечных оборотов, они создают 27-дневную периодичность геомагнитной активности. Некоторые солнечно-земные явления (например, авроральные Sq-токи, земные токи, интенсивность космических лучей, полярные сияния) отражают эту периодичность возрастанием амплитуды в периоды высокой геомагнитной активности. Имеется несколько субпериодов от 12 до 14 и от 6 до 9 суток, наблюдаемых в геомагнитной активности. Возможно, что эти меньшие периоды связаны с секторами межпланетного магнитного поля, взаимодействующего с геомагнитным полем. В солнечно-земных исследованиях они проявляются в интенсивности космических лучей в секторах межпланетного поля.

Амплитуда 27-дневной волны, по-видимому, модулируется полугодовой вариацией геомагнитной активности. Значительной модуляции амплитуды 27-дневной волны с годовым или 11-летним периодом не отмечено.

CHAPMAN S., BARTELS J. Geomagnetism, Vol. 1, Oxford University Press, 1940, Ch 12.
PATEL V.L., CHASSON R.L. Can. J. Phys., 46, S966, 1968.
SHAPIRO R.J. Geophys. Res., 74, 2356, 1969.
WILCOX J.M., NESS N.F. J. Geophys. Res., 70, 5793, 1965.

Полугодовая вариация геомагнитного поля

 Среднемесячные значения геомагнитных индексов Сi были использованы для изучения годовых вариаций. Вопрос о существовании значительного годового периода (12-месячной волны) считается до некоторой степени спорным, но отмечаются два отчетливых максимума вблизи 22 марта и 20 сентября. Эти полугодовые вариации геомагнитного поля с амплитудой около 15 нТ (амплитуда изменяется в зависимости от солнечной активности) с максимумами около равноденствий и минимумами вблизи солнцестояний сейчас установлены достоверно. Однако их физический механизм определенно все еще не известен.

Имеются две старые теории, касающиеся этого механизма. Одна использует аксиальную гипотезу (т.н. эффект Корти), в которой основную роль играет гелиографическая широта Земли: Земля располагается благоприятно для взаимодействия с потоками солнечной плазмы около 7 сентября, когда ее северная гелиографическая широта 7,2° максимальна, и вблизи 6 марта, когда широта 7,2° максимальна к югу. Другая теория использует равноденственную гипотезу, согласно которой основную роль играет наклон оси эквивалентного геомагнитного диполя. Предполагается, что максимум геомагнитной активности достигается тогда, когда ось диполя перпендикулярна потоку плазмы солнечного ветра, что случается вблизи равноденствий. Недавно Боллер и Столов для объяснения полугодовой вариации исследовали неустойчивости Кельвина-Гельмгольца на магнитопауэе. Используя данные о магнитных полях и плазме в космическом пространстве, они показали, что неустойчивость Кельвина - Гельмгольца имеет максимум вблизи равноденствий и минимум вблизи солнцестояний. Соответственно модулируется и магнитная активность. Неустойчивость Келпьвина - Гельмгольца объясняет также вариации по всемирному времени, существование которых было подтверждено в геомагнитных данных с помощью К- и Кp-индексов. Модель зависит от наклона оси диполя и максимальной и минимальной вероятностей появления неустойчивости Кельвина - Гельмгольца, т.е. зависит от времени года.

Геомагнитное поле испытывает также долгопериодные вариации. Сообщается о небольших годовых вариациях, хотя и не полностью установленных, которые могут объясняться ионосферными ветрами. Кроме того, имеются хорошо известные 11-летние и 22-летние периоды, связанные с циклом солнечных пятен. Другие периоды составляют от 2 до 80 лет (см. Кюри, 1973; Кейн, 1976).

BERTHELIEP A. J. Geophys. Res., 81, 4546, 1976.
BOLLER B.R., STOLOV H.L. J. Geophys. Res., 75, 6073, 1970.
CURRIE R.G. Astrophys. Space Sci.,21, 425, 1973.
CURRIE R.G. J. Geophys. Res., 81, 2935, 1976.
KANE R.P. Space Sci. Rev., 18, 413, 1976. МИШИН В.М„ КАЛИНОВСКАЯ Г.П., КИШИНА Н.А. Геомагнетизм и Аэрономия, 1, 387,1961.
SHAPIRO R. J. Geophys. Res., 74, 2356, 1969


Назад, к оглавлению справочника

Для связи:  lll@srd.sinp.msu.ru