Магнитосферата помни източника на магнитните бури
Последно: 6 октомври 2014 г. в 22:13
Зависимостта между междупланетните източници на магнитната буря и това как магнитосферата на Земята се възбужда и възстановява след нейното начало, е открита от екип изследователи от ИКИ РАН под ръководството на Юрия Ермолаева.
Състоянието на земната магнитосфера се определя от два конкуриращи се процеса – постъпване на енергия от слънчевия вятър и нейната релаксация (преразпределение) вътре в магнитосферата.
Когато темпото на напомпване с енергия превишава скоростта на нейната „спокойна“ релаксация, магнитосферата преминава в смутено състояние.
Ако натрупаната енергия превиши известен праг, протича възбуждане на магнитна буря на Земята. Периодите на напомпване с енергия и нейната релаксация по време на буря е прието да се наричат съответно главна и възстановителна фаза на магнитната буря. Главната фаза средно трае 7 часа, а фазата на възстановяване може да продължи до 5 дни.
Преките космически измервания през 70-те години на миналия век показали, че ключов параметър, „отключващ“ магнитосферата за постъпване на енергия, е южната компонента на меджупланетното магнитно поле (ММП – това е фактически поток слънчев вятър със „замразено“ в него магнитно поле.
Южната компонента е насочена перпендикулярно на плоскостта на еклиптиката, но тя невинаги присъства в ММП. Ако по някакви причини тя се е появила, то в подслънчевата точка на земната магнитосфера се сблъскват две противоположно насочени магнитни полета – насрещният слънчев вятър на ММП и магнитосферата.
При такава конфигурация на полето протича ерозия на земното поле, тъй като веществото и енергията на слънчевия вятър проникват в магнитосферата.
В спокойния слънчев вятър няма никаква перпендикулярна компонента на ММП и магнитосферата е „затворена“ за енергията на слънчевия вятър. Само смутените типове течение на слънчевия вятър могат да съдържат перпендикулярна (включително и южна) компонента на ММП и да бъдат геоефективни – тоест да „пробият“ магнитосферата и да започнат магнитни бури. Такива течения се образуват в резултат на два сценария:
1) Бързите течения на слънчевия вятър от короналните дупки на Слънцето догонват в междупланетното пространство бавните течения и взаимодействат с тях. В резултат може да се образува област на свиване, в която плазмата се свива, става турбулентна и се отклонява от посоката на първоначалното движение.
В нея може да се образува достатъчно голяма и продължителна южна компонента на ММП, за да генерира магнитна буря. Тъй като короналните дупки съществуват на Слънцето няколко месеца, то такива области на свиване може да се наблюдават няколко пъти с периодичност, равна на периода на оборот на Слънцето – 27 дни (тоест явяват се рекурентни).
Такива области на свиване са получили в англоезичната литература общоприетото название corotating interaction region, или съкратено CIR.
2) Този сценарий е свързан с изхвърляне на коронална маса (английският термин е coronal mass ejection, или CME). Самото изхвърляне представлява сноп от преплетени магнитни силови линии и на орбита на Земята образува магнитен облак (magnetic cloud, MC), който при определена ориентация на своята ос може да съдържа южна компонента на ММП.
Освен това СМЕ често се движат в междупланетната среда с доста голяма скорост, за да образуват пред себе си области на свиване, подобни на CIR, но в този случай такива области е прието да се обозначават като Sheath.
Експерименти са показали, че на главната, или първата, фаза на бурята магнитосферата реагира различно на постъпването на енергия от слънчевия вятър в зависимост от типа на междупланетния източник. Учените от ИКИ РАН в редица публикации разработват хипотезата, че източникът на бурите влияе и на това как магнитосферата се възстановява след началото на бурята.
В статия, приета наскоро за публикация в Journal of Geophysical Research, колегите на Юрия Ермолаева, завеждаща лабораторията по изучаване на слънчевия вятър, са показали, че за магнитните бури, генерирани от областите на свиване CIR и Sheath, продължителността на главната и възстановителната фаза на бурята антикорелират.
Или с други думи, колкото по-къса е главната фаза, толкова е по-дълга фазата на възстановяване, и обратно. А за магнитните бури, генерирани от магнитни облаци (МС), не е открита зависимост между продължителността на двете фази.
Модел на присъединяването на магнитните силови линии на междупланетното магнитно поле (вляво точките XD и вдясно точките XN) и магнитосферното магнитно поле (силовите линии, свързани със Земята – с бяло кръгче). XD и XN са дневната (челна) и нощната (в опашката на магнитосферата) неутрални области, където протича присъединяването. Със стрелки е показана посоката на обтичане на магнитосферата от слънчевия вятър. Плазмата не може да се движи напречно на магнитните линии. В резултат на присъединяването в челната точка затворените магнитосферни линии се разтварят и плазмата от слънчевия вятър прониква в магнитосферата.
Този резултат свидетелства в полза на хипотезата, че по време на фазата на възстановяване (тоест няколко дни след началото на постъпването на енергията от слънчевия вятър в магнитосферата) магнитосферата все още „помни“ какъв е бил смутилият я междупланетен източник на енергия.
Наличието на такава „памет“ на магнитосферата може да означава, че при генериране на магнитните бури от областите на свиване CIR и Sheath в магнитосферата се образуват нови радиационни пояси, а при генериране на магнитни облаци протича интензификация на пръстеновидния ток във вече съществуващите радиационни пояси.
