WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Жулина Елена Геннадьевна

ГЕОМАГНИТНАЯ АКТИВНОСТЬ, СВЯЗАННАЯ С

СОЛНЕЧНЫМИ КОРОНАЛЬНЫМИ ВЫБРОСАМИ ВЕЩЕСТВА

25.00.29 - физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание

ученой степени кандидата

физико-математических наук

Нижний Новгород 2007

Работа выполнена в Нижегородском государственном педагогическом университете.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Бархатов Николай Александрович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Деминов Марат Гарунович

кандидат физико-математических наук Нечаева Мария Борисовна

Ведущая организация:

Институт физики Земли РАН, (ИФЗ), г. Москва

Защита диссертации состоится “29” мая 2007 г. в _____ часов _____ мин. на заседании диссертационного совета Д 002.237.01 в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук по адресу: 142190, г. Троицк, Московской области (проезд автобусом 398 от станции метро «Тёплый стан» до остановки «ИЗМИРАН»).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИРАН.

Автореферат разослан “____” апреля 2007 г.




Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.237.01

доктор физико-математических наук Михайлов Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации представлены результаты исследования связи геомагнитной активности и магнитосферных электромагнитных процессов с выбросами солнечной плазмы. Исследование характеристик конкретных типов выбросов коронального вещества Солнца проводилось на основе МГД численного моделирования, а макропараметры возмущенного солнечного ветра, связанные с этими типами выбросов, сопоставлялись с Dst-вариацией геомагнитного поля, диссипативными процессами в околоземной среде и состоянием ионосферы. Подобное исследование относится к направлению работ в современной солнечно-земной физике, где анализируется связь между событиями, происходящими в окрестностях Солнца, и структурой параметров межпланетной среды, которые оказывают воздействие на околоземное космическое пространство.

Актуальность проблемы

Важность исследования динамических процессов в межпланетной среде, способных оказывать воздействие на магнитосферу Земли, обусловлена необходимостью прогнозирования электромагнитного состояния околоземной среды. Наблюдения на КА указывают на присутствие в межпланетном пространстве регулярных областей повышенной крупномасштабной возмущенности параметров межпланетной среды [1*]. Анализ результатов регистрации крупномасштабных возмущений позволяет высказывать различные гипотезы о структуре солнечного ветра и ММП и о связи этой структуры, с одной стороны с активными процессами на Солнце [2*,3*], а с другой - с полями и токами в магнитосфере Земли.

Известно [4*,1], что корональные выбросы вещества (КВВ) обладают высокой геоэффективностью, которая наблюдается в изменениях параметров и электромагнитного состояния внутримагнитосферной среды. Значительными событиями являются глобальные магнитосферные возмущения, обусловленные крупномасштабными изменениями параметров солнечного ветра (ПСВ) и межпланетного магнитного поля (ММП), связанными с КВВ [5*].

Выявление природы генерации сильных электромагнитных возмущений в околоземном пространстве требует решения модельных задач по переносу крупномасштабных возмущений параметров солнечного ветра из солнечной короны в околоземное пространство. В диссертационной работе в рамках этого подхода рассмотрена обычно трудная для решения обратная задача по восстановлению параметров начальных корональных возмущений типа КВВ в окрестностях Солнца, по данным о параметрах этого трансформировавшегося возмущения, измеренных в околоземном пространстве. При таком подходе по анализу конфигураций параметров солнечного ветра и ММП удается установить солнечные источники различных типов КВВ.

Переходная область (ПО) околоземного космического пространства, которая находится между отошедшей земной головной ударной волной и магнитопаузой, является важной областью, оказывающей влияние на степень воздействия возмущенного солнечного ветра на внутримагнитосферные процессы. Особенность ПО заключается в ее сильно турбулентном состоянии, зависящем от условий в солнечном ветре. Измерения параметров ПО на КА и на основе радиопросвечивания позволяют выделять МГД возмущения, пересекающие поток плазмы во всех направлениях [6*]. Важным источником такой возмущенности ПО являются МГД возмущения, локализованные вблизи головной ударной волны. Возмущения, которые имеют касательную к фронту ударной волны магнитную компоненту, сильно возрастают на отошедшей ударной волне [7*]. С другой стороны, ПО сама является источником МГД турбулентности, которая определяется макрохарактеристиками натекающего на магнитосферу потока замагниченного солнечного ветра. В частности, увеличение проникающего в ПО среднего ММП ведет к снижению уровня турбулентности [8*]. В диссертации проведен интегральный анализ спектров мощности турбулентности ПО, полученных по данным КА Interball-1 для различных сеансов, отвечающих нахождению КА в подсолнечной и фланговых частях ПО. Здесь выполнено исследование влияния ММП на турбулентность в ПО.

Изучение геомагнитной эффективности КВВ важно с точки зрения исследования фундаментальных процессов в магнитосфере, возникающих при воздействии на нее крупномасштабного выброса солнечной плазмы. Очень важна разработка методов прогноза таких процессов, основанных на визуальных наблюдениях за КВВ. Подробный анализ [9*] возмущений параметров межпланетного пространства на расстояниях 0.7 а.е. (вблизи Венеры), вызываемых КВВ и называемых межпланетными КВВ (МКВВ), продемонстрировал их значительную корреляцию с начальными характеристиками КВВ. В диссертации продолжено изучение корреляционных связей наблюдаемых параметров КВВ с геоэффективными характеристиками крупномасштабных возмущений солнечного ветра и ММП вблизи Земли с использованием банка непрерывных данных, полученных с патрульных КА Wind и SOHO. Такие связи характеризуют «запаздывающую» геоэффективность КВВ.

Для более полного представления о процессах вызываемых в солнечном ветре КВВ, были проанализированы конфигурации параметров солнечного ветра и ММП, являющихся последствиями КВВ. Для рассмотренных возмущений был выполнен расчет мощности основных диссипационных процессов в околоземном пространстве - джоулева нагрева ионосферы, высыпания частиц в авроральном овале, мощности частиц кольцевого тока и мощности процессов в хвосте магнитосферы. Такой расчет, выполненный по методу [10*], дает возможность оценивать мощность поступающей в магнитосферу энергии в зависимости от типа МКВВ. Подтверждение разбиения МКВВ на разные типы проверялось на основе анализа поступающей в магнитосферу энергии для рассмотренных событий.

Цели и задачи работы

Цель работы состоит в выявлении количественной связи геомагнитной активности и магнитосферных электромагнитных процессов с выбросами солнечной плазмы. Ставились следующие задачи:

1. Провести сопоставление мощности диссипативных процессов в околоземной среде, Dst-вариации геомагнитного поля и отклонений критической частоты ионосферного слоя F2 с параметрами солнечного ветра и межпланетного магнитного поля, которые характеризуют конкретный тип выброса коронального вещества на Солнце вблизи магнитосферы.

2. Соответственно, для этого провести модельные расчеты начальных характеристик выбросов коронального вещества Солнца, анализ их движения в межпланетной среде и оценить возможность установления типа КВВ по характеристикам солнечного ветра вблизи Земли.

3. Использовать параметры межпланетной среды, регистрируемые спутниками в солнечном ветре, для исследования КВВ на уровне Солнца и характеристик турбулентности плазмы в переходной области за земной головной ударной волной.

Научная новизна

На основе сопоставления характеристик конкретных типов КВВ с параметрами геомагнитной активности и параметрами ионосферы выявлено наличие связи Dst вариации геомагнитного поля и отклонений критической частоты ионосферного слоя F2 (DI) с типом источника выброса солнечной плазмы (фронт, петля, спайк, мультиспайк, выброс кратной структуры, бесструктурный выброс).

Выявлена конкретная зависимость мощности диссипативных процессов в околоземной среде в периоды магнитосферных возмущений от типа МКВВ, создавшего это возмущение. На основе расчета начальных характеристик выбросов солнечной плазмы (КВВ), анализа ее движения по трассе Солнце-Земля и анализа связей этих характеристик с параметрами солнечного ветра вблизи магнитосферы получена новая научная информация, которая позволяет прогнозировать временную динамику геомагнитной активности в периоды магнитосферных возмущений по параметрам солнечного ветра, фиксируемых на КА, находящихся в межпланетном пространстве.

На основе сопоставления результатов анализа спектров мощности турбулентности потока, полученных по данным КА INTERBALL-1 и спектров мерцаний, полученных при радиопросвечивании переходной области за головной ударной волной магнитосферы в эксперименте Сура-КА WIND, выявлена зависимость уровня турбулентности в этой области от ориентации вектора межпланетного магнитного поля вблизи Земли.

Научная и практическая ценность

Результаты проведённых исследований свидетельствуют о наличии связей между характеристиками выбросов солнечной плазмы и параметрами солнечного ветра вблизи Земли. Эти результаты позволяют создать метод, дающий возможность контролировать появление последствий конкретного типа КВВ перед магнитосферой. Выявлено, что каждому типу МКВВ, взаимодействующего с магнитосферой, соответствует конкретная временная конфигурация энергии, поступающей в магнитосферу. Это позволяет прогнозировать временную динамику геомагнитной активности в периоды магнитосферных возмущений по параметрам солнечного ветра, фиксируемых на КА, который находится в межпланетном пространстве.

Установлены причинно-следственные солнечно-земные связи различных типов КВВ с наблюдаемыми конфигурациями параметров солнечного ветра и ММП в межпланетном пространстве. Проведена оценка геоэффективности событий КВВ с точки зрения магнитосферной и ионосферной возмущённости. Обнаружена связь параметров КВВ со значениями интенсивности рентгеновского излучения и индекса геомагнитной активности Dst.

Установлена связь параметров МГД возмущенности в ПО за земной ударной волной с крупномасштабными конфигурациями ММП.

Степень достоверности полученных результатов

Результаты, изложенные в диссертационной работе, согласуются с соответствующими данными экспериментальных наблюдений. Их сопоставление с аналитическими и численными исследованиями других авторов показали, что полученные результаты дополняют и уточняют эти исследования. Все результаты, представленные в диссертации опубликованы в рецензируемых научных журналах Известия РАН (физическая серия), "Солнечно-земная физика", а также представлены на Российских и международных конференциях и научных семинарах НИРФИ и ИЗМИРАН.

На защиту выносятся следующие положения:

  1. Количественные связи характеристик корональных выбросов вещества на уровне Солнца и параметров околоземного космического пространства (межпланетных корональных выбросов вещества).
  2. Зависимость характеристик МГД турбулентности в переходной области за земной ударной волной от ориентации вектора межпланетного магнитного поля вблизи Земли.
  3. Связь параметров КВВ с индексом глобальной магнитосферной возмущенности Dst.
  4. Зависимость мощности диссипативных процессов в магнитосфере от типа МКВВ.
  5. Корреляция возмущенности регулярных параметров ионосферного слоя F2 с параметрами событий КВВ.

Представление результатов

Результаты диссертационной работы докладывались на российских и международных конференциях: конференции стран СНГ и Прибалтики "Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности", Нижний Новгород, 2003 г.; General Assembly of Geosciences Union, Nice, France, 2004; Х Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург-Красноярск, 2004; 35th COSPAR Scientific Assembly, Paris, France, 2004; международной конференции «Солнечно-земная физика», Иркутск 20-25 сентября 2004 г.; Всероссийской конференции "Экспериментальные и теоретические исследования основ прогнозирования гелиогеофизической активности", г. Троицк, 2005 г; 36th COSPAR Scientific Assembly, Beijing, China, 2006.

Результаты работы докладывались на семинарах НИРФИ, ИЗМИРАН и НГПУ.

Публикации

По теме диссертации автором опубликовано 3 статьи в рецензируемых журналах, 9 статей в сборниках и тезисах докладов.

Личный вклад соискателя

Автор участвовал в постановке задач и выборе метода их решения, принимал участие в получении и анализе результатов, их интерпретации. Диссертант проводил все численные эксперименты с использованием компьютерных программ. Диссертантом выполнено большинство аналитических расчетов, вошедших в диссертацию.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 143 страниц, 78 рисунков и 2 таблицы. Библиография включает в себя 95 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены основные цели исследования, кратко описаны методы исследований, использованные в диссертации, приведен краткий обзор содержания работы.

В первой главе работы представлен обзор различных событий солнечной активности, имеющих отношение к возникновению крупномасштабных возмущений в межпланетном пространстве [11*]. Рассмотрены вызванные ими эволюционные процессы в солнечном ветре и их геоэффективные проявления [12*]. Параграф 1.1 посвящен описанию активных явлений на Солнце [13*,14*]. В параграфе 1.2 описаны структура и параметры медленного невозмущенного солнечного ветра и различные крупномасштабные проявления в межпланетном пространстве [15*,16*]. В параграфе 1.3 рассмотрена геоэффективность крупномасштабных возмущений межпланетного пространства и других агентов солнечной активности, имеющих отношение к возникновению магнитосферных бурь, суббурь и возмущений параметров ионосферы.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»