Geomagnetizm i aèronomiâ

In this paper we study the statistical relations between geomagnetic indices and the characteristics of cosmic rays and interplanetary disturbances for Forbush decreases associated with (a) coronal mass ejections from active regions accompanied by solar flares, (b) filament eruptions outside active regions, (c) high-speed streams from coronal holes, and (d) multiple sources. For sporadic Forbush decreases, the dependence of geomagnetic indices on cosmic ray and solar wind parameters in the presence or absence of a magnetic cloud is compared using statistical methods. The results show that (a) the highest geoeffectiveness is characteristic of interplanetary disturbances associated with solar matter eruptions from active regions in the presence of a magnetic cloud (and the lowest one for recurrent disturbances), (b) sporadic and recurrent events differ not only in the magnitude of geomagnetic indices and the southern component of the magnetic field but also in the nature of the relationship between them, (c) the geoeffectiveness of transient solar wind disturbances depends more strongly on the presence or absence of a magnetic cloud than on the type of solar source, and (d) for interplanetary disturbances associated with filament eruptions outside active regions, in the presence of a magnetic cloud, the geoeffectiveness depends only on the southern component of the magnetic field, while for other types of disturbances it depends on other solar wind parameters.

Pассматриваются новые сведения о КНЧ/ОНЧ-излучениях за пределами плазмосферы, содержащиеся в данных наблюдений, выполненных на космических аппаратах Van Allen Probes. Вблизи апогея траектории за плазмосферой отмечались квазипериодические последовательности всплесков электромагнитных излучений на частотах ниже 2 кГц с глубокой модуляцией интенсивности. Морфологически отдельный всплеск излучений подобен фрагменту излучений QP 2. Рассматриваемые последовательности всплесков могут иметь разную временнýю структуру. Во-первых, они могут быть четко периодическими. Во-вторых, в них могут периодически чередоваться всплески разной интенсивности. В-третьих, последовательность всплесков может иметь более сложную временнýю структуру. Возбуждение рассматриваемых шумовых по своей природе излучений, вероятно, происходит при развитии циклотронной неустойчивости в облаках оторвавшейся плазмы, которые существуют за пределами плазмосферы после магнитных возмущений. Многие свойства излучений объясняет теория плазменного магнитосферного мазера, допускающая существования автоколебательного процесса генерации излучений, обусловленного модуляцией анизотропии функции распределения энергичных электронов. Теория объясняет новые результаты наблюдений квазипериодических излучений с более сложной временнóй структурой при наличии периодического внешнего воздействия на динамику плазменного магнитосферного мазера. Во всех рассмотренных случаях было проверено в данных магнитометра космического аппарата отсутствие признаков геомагнитных пульсаций с периодами, сравнимыми с периодами повторения спектральных форм на спектрограммах электромагнитных излучений. Модельные расчеты показали, что акустико-гравитационная волна в ионосфере в основании трубки магнитного поля с облаком оторвавшейся плазмы может обеспечить формирование наблюдаемой временнóй структуры излучений.

По данным наблюдений радиационной обстановки в космосе с борта ИСЗ “Метеор-М № 2”, находящегося на солнечно-синхронной круговой орбите высотой ~832 км, выявлено 25 аномальных возрастаний потоков электронов длительностью ~6–8 мин каждое. Эти редкие события зарегистрированы в 2014–2022 гг., в Океании, в низких широтах в утренние часы местного времени в спокойных геомагнитных условиях, в энергиях от ~100 кэВ до нескольких МэВ. Потоки электронов в канале черенковского счетчика наблюдались на уровне потоков галактических космических лучей в полярных шапках, а в каналах других счетчиков – на уровне потоков в максимуме внешнего радиационного пояса. Предполагается, что наблюдались высыпания электронов из внутреннего радиационного пояса: при баунс-колебаниях электроны попадали в циклотронный резонанс с радиоизлучением, инициированным наземными и/или судовыми передатчиками в утренние часы местного времени.

Представлены результаты экспериментальных исследований явлений в высокоширотной верхней (F-область) ионосфере, вызванных воздействием мощных радиоволн КВ-диапазона обыкновенной (О-мода) поляризации на частотах нагрева f_H, существенно превышающих критическую частоту слоя F 2 (f_H – fоF2 = 0.9–1.1 МГц). Результаты базируются на данных экспериментов, выполненных на КВ нагревном стенде EISCAT/Heating в г. Тромсё, северная Норвегия (69.6° N, 19.2° E). В период экспериментов мощная радиоволна КВ-диапазона О-поляризации излучалась в направлении магнитного зенита с максимальной эффективной мощностью излучения 350–550 МВт. Впервые обнаружено, что в условиях, когда мощная радиоволна КВ-диапазона О-поляризации не отражалась от ионосферы, происходит образование дактов повышенной электронной плотности Ne, генерация мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей и узкополосного (в полосе ±1 кГц относительно частоты нагрева) искусственного радиоизлучения ионосферы, регистрируемого на расстоянии ~1200 км от нагревного стенда. Выполнено сравнение характеристик мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей и спектральной структуры искусственного радиоизлучения ионосферы при альтернативном О-/Х- нагреве в магнитный зенит на частотах, существенно превышающих критическую частоту слоя F2. Установлено, что в целом их поведение имеет одинаковый характер, однако эволюция развития рассмотренных явлений при О- и Х-нагреве отличается.

There are a number of the theoretical studies pointing to the key role of the zonal thermosphere winds in the equatorial plasma bubble (EPB) generation and evolution. However, there are insufficient observational data to confirm the relationship between these phenomena. To study this relationship, the detailed comparative and correlation analysis of the LT-variations of the EPB occurrence probability and the zonal thermosphere wind velocity was carried out. The data from the EPB observations recorded aboard the ISS-b satellite (~972–1220 km) during the solstice and equinox periods were used. The data from the zonal thermosphere wind velocity observations obtained aboard the CHAMP satellite (~380–450 km) were also used. It was found that these characteristics are similar, when they are compared, and have very strong correlation (R   0.9) in summer, strong correlation (R  0.8) in winter and (R  0.79) at equinox. It was found that in all seasons the delay in the development of the EPB occurrence probability maxima with respect to the maxima of the west wind velocity is 1–3 h. It is in good agreement with the estimation of the time of the seeding perturbation development and the EPB rise to the topside ionosphere altitudes. The results can be considered a new confirmation of the theoretical conclusion (Kudeki model) about the key influence of the zonal west thermosphere winds on the equatorial plasma bubble generation.

The index P = (F1 + F81)/2 is the optimal solar activity index for the critical frequency of the E layer, foE, where F1 and F81 are the flux of radio emission from the Sun at a wavelength of 10.7 cm on a given day and the 81-day average value of this flux centered on a given day. Therefore, to calculate F81 on a given day, knowledge of F1 is needed not only on this and previous days, but also 40 days in advance. Instead of index F81, in problems on short-term forecasting of this index, it is possible to use F(27, 81), the weighted average solar activity index with a characteristic time of 27 days for the current and previous 80 days. Therefore, to calculate F(27, 81), knowledge of F1 on this and previous days suffices. This paper presents the first estimates of the effectiveness of such a replacement for foE. For this, changes in the accuracy of calculating foE were analyzed when index P is replaced by P * = (F1 + F(27, 81))/2 in empirical models constructed from foE data of ionospheric stations in the daytime at middle and subauroral latitudes for 1959–1995. It turns out that the P and P * indices are almost equivalent for calculating foE based on the empirical models constructed at these latitudes: the difference in the coefficients of variation for foE does not exceed 0.3% in each season at different solar cycle phases. Therefore, P * can be recommended for use in short-term foE forecasting problems, since it is based on indices F1 for the current and previous days, as opposed to index P, which requires a forecast 40 days in advance to calculate F1.

The relationship between spikes in cosmic dust fluxes onto the Earth’s surface (mainly represented by native metal particles) and the behavior of the polarity of the main geomagnetic field has been studied. For this, a search was carried out for horizons of paleodeposits with a high concentration of cosmic dust (exceeding the background concentration by more than an order of magnitude). Such increased concentrations of cosmic dust particles were found in peat deposits corresponding to the Etrussia excursion (2.5–3 ka), as well as in ancient Cretaceous and Paleogene marine deposits. In total, we discovered five horizons with a thickness up to 1 m hosting a high concentration of cosmic dust. Measurements of the paleo‒and petromagnetic parameters of samples selected based on the thickness of sedimentary strata showed that the beginning of accumulation of these horizons coincided with geomagnetic field excursions. In this case, sediment enrichment in dust particles could have lasted somewhat longer than a geomagnetic field excursion. Evidence was obtained that Earth collisions with dense fluxes of cosmic dust could have coincided with short-term disturbances in the polarity of the geomagnetic field, but this had no lasting effect on the geodynamo.