Ольга Хабарова  • Владимир Обридко

1. Ольга Хабарова• Владимир Обридко О ПРИРОДЕ ДВУГОРБОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖПЛАНЕТНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ПЛОСКОСТИ ЭКЛИПТИКИ НА РАССТОЯНИИ 1 А.Е. 15 февраля 2011, ИКИ РАН

2. Проблема: откуда берутся два горба ММП? Гистограммы распределения компонент ММП (Bx, By, Bz - GSE) на расстоянии 1 а.е.Данные OMNI2 среднее за день, 1977-2009. Типичное объяснение эффекта: This occurs because the sector pattern causes the Bx and By components to bedistributed around two modal values, one negativeand one positive (Russell, 2000) Вид гистограмм горизонтальных компонент (Bx, By) не соответствует виду распределения поля на поверхности источника (Br). (Белов, Обридко, Шельтинг, 2006)

3. Проблема: откуда берутся два горба ММП у Земли? Br В соответствии с моделями солнечного ветра, распределения Br на поверхности источника и на любом расстоянии от Солнца должны иметь сходный вид

4. Проблема: почему |ММП| у Земли выше предсказанного? MHD coronal expansion models: Biermann (1957), Parker (1958), Pneumann and Kopp (1971), (Schwadron and McComas, 2005) Все модели неудовлетворительно соответствуют наблюдаемым значениям ММП в области нуля. Белов А.Б., Обридко В.Н., Шельтинг Б.Д.Связь характеристик солнечного ветра у Земли с магнитным полем на поверхности источника // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46. № 4. С. 456–464.

5. Числа Вольфа |ММП| Проблема: почему |ММП| у Земли выше предсказанного? Пороговое значение(a floor) L.Svalgaard and E.CliverA floor in the solar wind magnetic field. The Astrophysical Journal, 661: L203–L206, 2007

6. Попытки решений проблемы 1. Гипотеза о существовании неизменного поля Солнцакак звезды (background field), возмущенного полем активных областей (Svalgaard and Cliver , 2007) 2. Сдвиг поверхности источника (Wang and Sheeley (1992) – 3.25 Ro) 3. Попытка изменить закон распространения ММП (поле падает с расстоянием не как 1/r2). Obridko, Shelting, and Kharshiladze, 2004 Lee et al.,Solar Phys., 2011

7. ? Возможные причины двугорбости распределения горизонтальных компонент ММП • Исходное радиально-направленное магнитное поле Солнца существенно изгибается с расстоянием (горизонтальные нули переходят в вертикаль). • Мы наблюдаем у Земли совсем не то поле, которое ожидаем (ММП на 1 а.е. есть результат сложной суперпозици полей, пришедших в том числе и с высоких гелио-широт). • Нули ММП каким-то образом пропадают по дороге ? ? ? ?

8. Экспериментальные факты. Изменение вида распределения ММП со временем 1977-2009 Зависимость вида гистограмм от фазы солнечного цикла. Данные OMNI2.

9. Экспериментальные факты. Изменение вида распределения ММП с расстоянием 1977-2009 Pioneer Venus orbiter 1978-1992 Voyager 1 1978

10. Экспериментальные факты. Изменение вида распределения ММП с расстоянием Helios 2 1976-1980

11. Экспериментальные факты. Изменение вида распределения ММП с расстоянием и гелио-широтой Ulysses 1990-2008

12. Гелиосферный токовый слой • Проверка степени наклона секторной границы Нормали наклонены «ненормально». Теоретически угол должен быть 225 (перпендикуляр к Паркеровской спирали). Распределение долготного угла 212 HCS’ нормалей к секторной границе за 1994-1995 (Lepping et al., 1996)

13. Гелиосферный токовый слой ? • Гелиосферный токовый слой гораздо более параллелен плоскости эклиптики, чем предполагалось Longitudes of the 212 HCS’ normals according to Lepping et al. (1996)

14. Гелиосферный токовый слой. Вклад секторных границ в число нулей ММП, 1 AU (a,b,c)Серые гистограммы - распределение Bx, By, Bz, GSE на 1 AU за весьпериод 1977-2009 . Черные – распределение для дней пересечения секторных границ (список Leif Svalgaard). (d,e,f)Процентный вклад секторных границ в серые гистограммы. • Вклад секторных границ в нули ММП – лишь порядка 15%.

15. Суперпозиция полей • Два боковых горба – от потоков со средних и высоких широт • Центральное (ожидаемое распределение) – от потоков с близэкваториальных областей Солнца • Нули в основном принадлежат локальным сепараторам активных областей противоположных знаков

16. Исчезновение нулей по дороге. Пересоединение? Гелиосферный токовый слой – зона турбулентности и разрывов (Crooker et al. 2004; Roberts, Keiter and Goldstein, 2005; Blanco et al., 2006; Marsch, 2006). Любые неустойчивости в районе нулевой линии приводятк пересоединению (Murphy et al., 1993; Gosling et al., 2006). T. D. Phan et al., A magnetic reconnection X-line extending more than 390 Earth radii in the solar wind. Nature, 439, 2006 • Существуют доказательства продолжительного повторяющегося пересоединения на нулевой линии гелиосферного токового слоя в регионе длиной до2.5млн.км.(Phan et al. (2006), Gosling et al. (2007), Phan, Gosling, and Davis (2009))

17. Гелиосферный токовый слой

18. Исчезновение нулей по дороге. Пересоединение? Метод наложенных эпох. 1300 пересечений секторных границ (1964-2010) O.Khabarova, G.Zastenker, Solar Phys., 2011

19. Исчезновение нулей по дороге. Пересоединение? J. F. Drake, 2010

20. Проверка гипотез. 3. Исчезновение нулей по дороге. Пересоединение? J. F. Drakeet al. Nature, 2006

21. ВЫВОДЫ 1. Факты • Распределения горизонтальных компонент межпланетного магнитного поля (ММП) Bx и By (GSE) и радиальной компоненты Br (RTN) на орбите Земли имеют провал в области нуля. Распределения магнитного поля на Солнце нормальные. В результате этого все известные прогнозы ММП на 1 а.е. дают ошибку для малых значений поля. • Секторные границы вносят незначительный вклад в число нулей распределения ММП. • Обнаружена существенная зависимость вида распределения Br от гелиоцентрического расстояния, гелиомагнитной широты и фазы цикла. Эффект двугорбости наиболее ярко выражен в плоскости эклиптики на расстоянии 0.7-1 а.е., дальше провал в нуле пропадает. Двугорбость никогда не исчезает в ходе 11-ти летнего цикла солнечной активности, однако вид распределений претерпевает значительные изменения.

22. ВЫВОДЫ 2. Гипотезы • Все полученные факты укладываются в гипотезу о наличии трех распределений, накладывающихся друг на друга - два обусловлены приходом плазмы с обеих полусфер Солнца, а центральное - соответствует теоретически ожидаемому полю, приходящему из приэкваториальных областей. • Существование гелиосферного токового слоя и особенности его топологии не могут целиком объяснять наблюдаемый эффект. • Причина наблюдаемой недостаточности нулевых значений ММП на 1 а.е. - в доминирующем влиянии поля, пришедшего от активных областей в высоких широтах, а также в возможном пропадании нулей в результате продолжительного пересоединения в гелиосферном токовом слое на расстоянии от Солнца до Земли.

23. Спасибо за внимание!