Влияние сильно возмущенной магнитосферы на жесткость геомагнитного обрезания космических лучей

1. Влияние сильно возмущенной магнитосферына жесткость геомагнитного обрезания космических лучей М.И. Тясто1, O.A. Данилова1,E.С. Вернова1,В.М. Дворников2, В.Е. Сдобнов2 1Санкт-Петербургский филиал ИЗМИРАН 2Институт солнечно-земной физикиСОРАН 29 ВККЛ GEO_09

2. 1. Введение Магнитные поля магнитосферы Земли меняются под влиянием возмущений в солнечном ветре. Наблюдаемые на поверхности Земли космические лучи испытывают влияние вариаций магнитного поля во всем объеме магнитосферы, которые создаются магнитосферными токовыми системами. Это приводитк изменениям геомагнитной жесткости обрезания космических лучей и их асимптотических направлений. Таким образом, магнитосферные вариации космических лучей являются отражением развития и распада токовых систем в магнитосфере в периоды возмущений.

3. Целью данного исследования является определение изменений геомагнитных жесткостей обрезания в период сильной геомагнитной бури в ноябре 2003 г.

4. 2. Методы Жесткости геомагнитного обрезания определялись двумя разными методами. Теоретически жесткости обрезания были рассчитаны методом прослеживания траекторий частиц [1] в магнитном поле эмпирической модели магнитосферы Цыганенко Ц03 [2-4], недавно созданной на основе измерений магнитного поля в период 37 наиболее сильных магнитных бурь с Dst–65 нТ. Модель Ц03 описывает сильно возмущенную конфигурацию магнитного поля магнитосферы и ее эволюцию в течение бури. Точность определения геомагнитных порогов данным методом зависит от точности используемой модели.

5. В качестве альтернативного метода для определения геомагнитных порогов был использован метод спектрографической глобальной съемки СГС, который основан на предположении, что анизотропия распределения космических лучейв направлении прихода определяется зависимостью интенсивности от пич-угла в межпланетном магнитном поле и от градиента плотности на Ларморовском радиусе частиц [5]. Вариации амплитуды интегрального потока вторичных частицIc/Ic (по отношению к некоторому фоновому уровню Ic), наблюдаемые в географической точке c на уровне hcв атмосфере можно представить:

6. ЗдесьJ/J(Rc)- вариации глобальной интенсивности КЛ; , - азимутальный и зенитный углы прихода первичных частиц на границе атмосферы; Rc- эффективный геомагнитный порог; Wc(R, , , hc) - функция связи между первичными и вторичными вариациями КЛ ; c(R, , ) иc(R, , ) - асимптотические углы прихода частиц КЛ; Rc(Rc) - вариации геомагнитного порога Rc.

7. Зависимость RcотRcаппроксимировалась соотношением Система полученных уравнений позволяет получить, кроме межпланетных характеристик КЛ, геомагнитные жесткости обрезания по данным мировой сети нейтронных мониторов [6].

8. Рис. 1. Геомагнитные пороги в период 18–24.11.2003 (а — Токио,б — Алма-Ата, в — Рим, г — Иркутск, д — Москва, е — Хобарт).

9. . Коэффициенты корреляции между RsgsиRefсоставляют: Токио - 0.63, Алма-Ата - 0.77, Рим - 0.78, Иркутск - 0.84, Москва - 0.84, Хобарт - 0.76

10. Рис. 2. Разности R между величинами RsgsиRef . НерегулярностиR более заметны в период главной фазы магнитной бури. Разности между кривыми Refи Rsgsне превышают 0,7 ГВ,причем основная масса отклонений сосредоточена в пределах 0,4 ГВ.

11. Таблица 1.Снижение геомагнитных порогов КЛв минимуме Dst-вариации. Станция D D R R ef sgs ГВ % ГВ % 1 . Токио 0.8 7.2 1.06 9.6 2. Алма- - Ата 1.18 19.1 1.30 21.0 3. Рим 1.33 21.9 1.32 21.7 4. Иркутск 1.67 51.4 1.63 50.2 5. Москва c o 1.81 86.2 1.62 77.1 6. Хобарт 1.51 86.3 0.96 54.9

12. Таблица 2. Коэффициенты корреляции Ref смежпланетными параметрами. Станция Dst Bz By Nsw Vsw 1. Токио 0,98 0,66 0,18 0,68 0,06 2. Алмата 0,98 0,68 0,18 0,68 0,05 3. Рим 0,98 0,71 0,18 0,67 0,05 4. Иркутск 0,98 0,72 0,16 0,69 0,04 5. Москва 0,98 0,69 0,14 0,69 0,04 6. Хобарт 0,96 0,71 0,08 0,68 0,05

13. Станция Dst B B z y Nsw Vsw 1. Токио 0,66 0,26 0,43 0,37 0,08 Алма-Ата 2. - 0,81 0,35 0,4 8 0,46 0,15 3. Рим 0,82 0,37 0,47 0,47 0,16 4. Иркутск 0,87 0,49 0,38 0,56 0,14 5. Москва 0,86 Таблица 3.Коэффициенты корреляцииRsgsсмежпланетными параметрами 0,55 0,29 0,56 0,12 6. Хобарт 0,78 0,48 0,16 0,55 0,17

14. Рис.2 Суточные изменения Rэф в минимуме Dst вариациина среднеширотных станциях. Амплитуды изменений - ~0.4 ГВ

15. 4. Заключение Кривые вариаций геомагнитных порогов Refи Rsgs, полученные разными методами, в целом согласуются между собой, а также с Dst-вариацией. Коэффициенты корреляции между Ref and Rsgsлежат в пределах 0.63–0.84 для станций с геомагнитными порогами спокойного времени от 1.75 ГВ до 11.02 ГВ.

16. Разности между кривыми Refи Rsgs частично можно объяснить тем, что жесткости обрезания Rsgsопределялись без учета долготной асимметрии магнитосферы, которая является причиной суточных изменений геомагнитных порогов. Амплитуды суточных изменений эффективных геомагнитных порогов в минимуме Dst-вариации составляют ~0.4ГВ на среднеширотных станциях, что сравнимо по величине с основной массой разностей между кривыми Refи Rsgs.

17. В минимуме Dst-вариации на среднеширотных станциях жесткости геомагнитного обрезания, полученные двумя разными методами, снижаются на ~(50-85%). Так, например, на станции Москва, геомагнитный порог в минимуме Dst был ниже, чем на станции Апатиты, расположенной вблизи аврорального овала.

18. Список литературы 1. McCracken K.G., Rao U.R., Shea M. A.// M. I. T. Tech. Rep. 77, Lab. for Nucl. Sci. and Eng., Mass. Inst. Of Technol., Cambridge, 1962. 2. Tsyganenko N. A. , J. Geophys. Res., 107(A8), 1179, doi:10.1029/2001JA000219, 2002. 3. Tsyganenko N. A. , J. Geophys. Res., 107(A8), 1176, doi:10.1029/2001JA000220, 2002 4. Tsyganenko N. A. , H. J., Singer, J. C. Kasper, J.Geophys. Res.,108(A5), 1209, doi:10.1029/2002JA009808, 2003 5. Dvornikov V. M., Sdobnov V. E., // Int. J. Geomagn. Aeron. V.3. #3, P. 217, 2002. 6. ftp:nssdcftp.gsfc.nasa.gov/omni/omni2_2003. dat. 1.  3.   ,,