Физические основы прогноза передачи возмущений от Солнца

к магнитосфере Земли. 

Ю.И. Ермолаев, Л.М. Зеленый, Г.Н. Застенкер, А.А.

Петрукович, М.Ю. Ермолаев  Институт космических

исследований РАН, Москва(Yermol@iki.rssi.ru)

На Земле начинается самая мощная магнитная буря за последние 150 лет

Lenta.ru 23.10.03| Обновлено 24.10.2003 в 17:09:48В пятницу на Земле начнется магнитная буря, вызванная сильной вспышкой на Солнце. 10 миллиардов тонн ионизированного газа было выброшено с поверхности звезды из скопления пятен, площадь которого примерно равна площади поверхности Юпитера. По словам астрономов, буря станет самой мощной с 1859 года, когда из-за аномальной солнечной активности на Земле была нарушена работа телеграфа, сообщается на сайте CFCN.ca. Ученые предупреждают, что магнитная буря может вызвать ухудшение самочувствия людей с хроническими заболеваниями. Кроме того, возможны сбои в работе линий электропередач и систем спутниковой связи. В последнее время несколько магнитных бурь вызывали нарушения в работе электроники и систем энергоснабжения. В 1989 году из-за бури остановилась электростанция в Канаде, провинция Квебек на девять часов осталась без электроэнергии. В 1997 году буря на время вывела из строя телекоммуникационный спутник AT&T Telstar 401, еще через год отказал спутник Galaxy IV, который входит в систему диспетчерской службы авиакомпании Pan American. В 2000 году из-за бури была потеряна связь сразу с несколькими спутниками.

Последовательность солнечных и наземных измерений в октябре 2003 г.

10/1/03 00:00 10/11/03 00:00 10/21/03 00:00 10/31/03 00:00

X-r

ay (

GO

ES

)

10/1/03 00:00 10/11/03 00:00 10/21/03 00:00 10/31/03 00:00

-400

-300

-200

-100

0

100

Dst

, nT

10/1/03 00:00 10/11/03 00:00 10/21/03 00:00 10/31/03 00:00

0369

Kp

XMC

X1.1N 08E580484

X5.4S21E880486

X17.2S16E080486

X10.0S15W 020486

B

Верхняя и средняя панели: Кр и Dst индексы (синие и красные линии указывают границы умеренных и сильных магнитных бурь). Нижняя панель: рентгеновское излучение по измерениям спутника GOES-12 (буквами и цветными линиями показаны классы вспышек).

Содержание1.    Что такое «Геомагнитное возмущение»?

2.     Как измеряются геомагнитные возмущения? 3.      Какие условия в межпланетной среде вызывают геомагнитные возмущения? 4.      Какова роль различных типов солнечного ветра в возбуждении магнитосферы?5.      Как геомагнитные возмущения связаны с условиями на Солнце? 6.      Как строятся прогнозы геомагнитных возмущений? Какова их надежность? 7.      Заключение.  

Структура магнитосферы Земли

Возможные состояния магнитосферы в зависимости от

накопленной энергии Е: 1.    Е < Е1 – стационарная диссипация,

2.      Е1 < Е < Е2 – магнитная суббуря (квази-стационарная диссипация),

3.      Е2 < Е – магнитная буря (взрывная диссипация).

 

Магнитная суббуря

Во время суббури электрический ток хвостового тока начинает течь через ионосферу Земли, образуя так

называемый электроджет.

Магнитная буря

Движение заряженных частиц, поясняющее образование кольцевого тока

Снимок полярного сияния на Юго-Западе Москвы 30.10.2003 1:26:11. Автор - Игорь Кузнецов

Связь Dst и Kp индексов во время магнитных бурь

-300 -200 -100 0

Dst index

0

3

6

9K

p in

dex

Значения максимумов Кр индексов для 611 магнитных бурь с Dst < - 60 нТ для 1976-2000

годов

Наземные станции, используемые при определении Dst и Kp индексов

Real-time предсказания «Космической погоды» на основе измерений КА ACE в точке L1 (http://www.iki.rssi.ru/sw.htm)

Схематическое изображение типов солнечного ветра.

Схематическое изображение типов солнечного ветра на плоскости «концентрация-скорость».

Геоэффективность типов солнечного ветра

Solar wind sources of storms

0

20

40

60

Per

cen

tag

e o

f st

orm

s, %

33.2%

30.2%

5 . 7 %

30.9%

M C C I R I S Others

M

Strong storms

S

Moderate storms

S

M

Вариации доли бурь от МС и CIR в солнечном цикле

1975 1980 1985 1990 1995 2000Year

0

50

100

150

200

Su

nsp

ot

0

25

50

75

100

Per

cen

tag

e o

f st

orm

s fr

om

MC

an

d C

IR

M C

C I R

Sunspot

Для возбуждения магнитной бури солнечными явлениями необходимо выполнения нескольких условий:

     1. должны образоваться магнитное облако или область сжатия в солнечном ветре,

2.  они должны содержать длительную и большую компоненту южного ММП,

3.  они должны иметь такую траекторию, чтобы оказаться вблизи магнитосферы Земли и вступить во взаимодействие с ней.

Солнечная вспышка 28 октября 2003 г.

Связь оптических и рентгеновских индексов солнечных вспышек

Оптические классы для 653 солнечных вспышек с рентгеновским классом не ниже М5 для 1976-2000 годов

Сравнение магнитных бурь с солнечными вспышками

0

50

100

150

Nu

mb

er o

f fl

ares

31.1%

11.6%9 . 0 %

48.2%

a b c d

W

E

WE

Сравнение магнитных бурь с солнечными вспышками

0

50

100

150

Nu

mb

er o

f fl

ares

31.1%

11.6%9 . 0 %

48.2%

a b c d

W

E

WE

Выброс корональной массы 04.06.1996

Выброс корональной массы 14.07.2000 по двум приборам КА SOHO

Сравнение магнитных бурь с выбросами корональной массы

0

40

80

Nu

mb

er o

f C

ME

s

Halo CME 22.4%

11.2%8 . 8 %

57.6%

a b c d

CME+Flare 25.0% 12.5% 20.8 %

41.6%

Выводы• Магнитосферные возмущения многообразны, так как

зависят от количества энергии в магнитосфере и связаны с различными токовыми системами, это необходимо учитывать при поиске корреляции с биоэффектами.

• Спутниковые наблюдения в L1 позволяют достаточно точно (95%) предсказать все возмущения магнитосферы, но с малой задержкой (полчаса).

• Современная наука в ретроспективном плане может успешно объяснить происхождение почти всех сильных геомагнитных возмущений, но не может с достаточной степенью достоверности (лучше 50%) заблаговременно

(1-2 суток) предсказать их возникновение на основе наблюдений Солнца.