МАГНИТНЫЕ БУРИ

Автор: 10.07.2010

МАГНИТНЫЕ БУРИ — наиболее интенсивные возмущения магнитного поля Земли, амплитуда к-рых может достигать сотен и тысяч гамм (1 гамма = 10 5 а; напряженность геомагнитного поля на экваторе Земли составляет ок. 0,4 э) (см. Земной магнетизм). Магнитные возмущения, обозначаемые символом D, представляют собой ту часть изменений геомагнитного поля, к-рая остается после исключения периодич. (с периодом в солнечные или лунные сутки) вариаций поля. Морфология поля D, т. е. его пространств, распределение в зависимости от времени, послужила основой для ряда статистич. и физич. классификаций возмущений. Одним из наиболее характерных видов возмущения является т. н. апериодич. возмущенная вариация (вариация по времени бури) Dst, начинающаяся одновременно по всей поверхности земного шара и протекающая более или менее одинаково во всех точках земной поверхности, хотя на магнитных записях (магнитограммах) отдельных обсерваторий могут быть видны большие нерегулярные эффекты местного характера. Продолжительность таких М. б. колеблется от 2 до 3 суток; наибольшая их интенсивность приходится на первые часы.

Многие М. б. (практически все большие бури) имеют внезапное начало (Sc), разброс времени наступления к-рого по всему земному шару составляет ок. 1 мин. Вместе с тем нек-рые М. б. имеют постепенное начало. Начало возникновения М. б., для к-рого характерно увеличение напряженности геомагнитного поля, принято называть начальной фазой; она может продолжаться неск. часов. След. периодом является главная фаза, в течение к-рой величина поля уменьшается и достигает минимума, после чего начинает медленно возвращаться к норм, значению (фаза восстановления). Наиболее отчетливо указанная закономерность проявляется в ходе горизонтальной составляющей геомагнитного поля. Локальные возмущения также часто имеют общепланетный характер, но при этом их интенсивность существенно зависит от геомагнитной широты и местного времени; максимум их интенсивности приходится на зону полярных сияний (~ 67°), в связи с чем их часто называют полярными возмущениями DP. Выше и ниже этой зоны возмущения DP на магнитограммах имеют вид более или менее плавных отклонений от исходного уровня, напоминающих форму линии морской бухты; поэтому такие возмущения получили название бухтообразных. Особенно интенсивные бухты появляются в период М. б., они могут наблюдаться в течение 1—2 часов. В период одной М. б. с внезапным началом и главной фазой может произойти неск. бухтообразных возмущений; каждое такое возмущение в этом случае наз. полярной суббурей. Часть возмущения может представлять собой и увеличение амплитуды суточной вариации (возмущенная суточная вариация Ds). Вопрос о связи Ds с бухтообразными возмущениями еще не решен.
Кроме магнитных бухт, существуют еще и др. виды возмущений, напр. микропульсации или короткопериодные колебания (КПК) электромагнитного поля Земли, обладающие сравнительно малыми периодами и амплитудами. К числу КПК относятся, напр., т. н. «жемчужины» (биения-всплески продолжительностью неск. минут с периодами 1—4 сек. внутри серии) и гигантские пульсации длительностью до неск. часов (периоды внутри серии 40—150 сек., амплитуды до 30—40 гамм). Др. типом малых магнитных возмущений являются т. н. кроше, имеющие на магнитограммах вид своего рода крючков-импульсов и обусловленные увеличениями ионизации атмосферы Земли на освещенной Солнцем стороне под воздействием УФ и рентгеновского излучений от вспышек на Солнце.
Теоретич. и эксперимент, изыскания последних лет и особенно результаты прямых исследований в межпланетном и околоземном космич. пространстве с помощью ИСЗ и зондов качественно изменили представления о М. б. Получили развитие представления о магнитосфере Земли, как об области пространства, занятой геомагнитным нолем, для к-рой характерны большая степень ионизации, практич. отсутствие соударений между частицами и захват заряженных частиц геомагнитным полем. В соответствии с понятиями магнитной гидродинамики наблюдаемые геомагнитные возмущения определяются сжатием, расширением и др. деформациями магнитосферы.
Совр. теории связывают развитие М. б. и относящихся к ним явлений с усилением воздействия на магнитосферу Земли потоков плазмы солнсчпого происхождения. Возрастание горизонтальной компоненты приписывается сжатию геомагнитного поля за счет увеличенного давления потока плазмы. Это сжатие эквивалентно появлению системы электрич. токов на границе магнитосферы, связанных с различием движения противоположно заряженных частиц плазмы в магнитном ноле Земли в этой области. В экваториальной плоскости ток направлен на восток; замыкание тока происходит выше и ниже экваториальной плоскости (ток на запад). Эту систему электрич. токов и их иоле принято обозначать как DCF (D — возмущение, CF — корпускулярный поток). Главная фаза М. б. (уменьшение горизонтальной составляющей) является следствием увеличения числа заряженных частиц (или их энергии) внутри магнитосферы; связанная с движениями этих частиц (закручивание вокруг силовых линий магнитного поля Земли, продольные колебания между точками отражения в Сев. и Юж. полушариях, дрейф вокруг Земли перпендикулярно силовым линиям — см. Радиационный пояс Земли) деформация (расширение или разбухание магнитосферы) эквивалентна появлению в магнитосфере текущего на запад электрич. тока, к-рый наз. кольцевым.
Кольцевой ток и его поле принято обозначать DR (D — возмущение, R — кольцо). Вблизи Земли оба внешних поля — DCF и DR — почти однородны, хотя изменения этих полей индуцируют земные токи, поле к-рых неоднородно. Высказывается также мнение о важности формирования т. н. шлейфа (хвоста) магнитосферы Земли или, что эквивалентно, образования соответствующей токовой системы для объяснения главной фазы М. б. Унос силовых линий геомагнитного поля с боков магнитосферы в область шлейфа означает, что остающееся поле получает пространство для расширения (главная фаза, уменьшение поля). Возможно и параллельное действие обоих механизмов при меняющемся соотношении между их вкладами. Полярные возмущения (бухты), определяемые токовыми системами (располагающимися гл. обр. в высоких широтах), проявляются более отчетливо в ночной полусфере. Особенно сильно токи концентрируются вдоль зон полярных сияний (полярные, или авроральные электроструи). Эти токи и их поле принято обозначать DP (D — возмущение, Р — полярное). Ток в основном направлен на запад (над ночной полусферой и утренним сектором), а иногда на восток (обычно над полуденным сектором и ближе к вечеру). Замыкание тока происходит гл. обр. выше зоны сияний (над полярными шапками), а частично — в области более низких широт.
Появление токовых систем BP связывается со вторжением в ионосферу энергичных частиц (возможно, протонов с энергиями 100—2 (H) кэв). Прочие возмущения поля могут создаваться магнито-гидродннамич. волнами, распространяющимися внутрь магнитосферы к поверхности Земли, и взаимодействием этих волн с заряженными частицами в магнитосфере Земли. Многие свойства И взаимосвязь геомагнитных возмущений пока еще выяснены недостаточно. Только комплексные исследования, сочетающие прямые и наземные методы, смогут решить эти вопросы, от достаточно полного понимания к-рых во многом зависит объяснение таких взаимосвязанных с М. б. явлений, как полярные сияния, нагрев и ионизация ионосферы, ускорение заряженных частиц и т.д.
Главной проблемой для теории М. б. является объяснение механизма введения дополнит, энергии внутрь магнитосферы. Днссипация энергии в магнитосфере Земли в период интенсивной М. б. составляет 101а — 1020 эрг/сек; такая подкачка энергии может осуществляться либо прямой инжекцией плазмы солнечного происхождения (напр., через нейтральные точки), либо посредством ускорения частиц относительно холодной плазмы магнитосферы. По-видимому, важную роль в определении степени геоэффективности потоков солнечной плазмы играет магнитное поле этих потоков (напр., взаимная ориентация поля потока плазмы и геомагнитного ноля).