Geomagnetisk aktivitet

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 15. oktober 2021; verifikation kræver 1 redigering .

Geomagnetisk aktivitet ( eng. Geomagnetic activity ) - forstyrrelser af Jordens magnetfelt forbundet med ændringer i det magnetosfæriske - ionosfæriske strømsystem. Geomagnetisk aktivitet er en del af sol-terrestrisk fysik og dets praktiske delrumvejr . De vigtigste manifestationer af geomagnetisk aktivitet er stærke forstyrrelser - magnetiske understorme og magnetiske storme , såvel som svage forstyrrelser - forskellige typer magnetiske pulsationer.

Dannelse af magnetiske storme og substorme

I den første tilnærmelse (ideal konduktivitetstilnærmelse) er magnetosfæren utilgængelig for solvindens ydre plasma , som kun kan ændre formen af magnetopausen i overensstemmelse med tilstanden af trykbalance på den. Men når det interplanetariske magnetfelt (IMF) har en komponent parallel med den jordiske magnetiske dipol (den sydlige komponent af IMF), i kontaktområdet mellem den modsat rettede IMF og det terrestriske felt, er den ideelle plasmaledningsevnetilstand. krænkes, og magnetfeltet eroderes. Solvindens plasma og den energi, den bærer, kommer ind i magnetosfæren. Denne proces kaldes en tærskel (trigger) mekanisme. Afhængigt af hastigheden af energitilførsel er tre scenarier for magnetosfærens reaktion mulige.

Når hastigheden af energitilførsel er mindre end eller lig med hastigheden af stationær spredning af energi inde i magnetosfæren, ændrer den ikke sin form - ingen væsentlige ændringer observeres i magnetosfæren, det vil sige, den forbliver uforstyrret.
I det tilfælde, hvor hastigheden af energitilstrømning overstiger hastigheden af stationær dissipation, forlader en del af energien magnetosfæren gennem den "kvasi-stationære kanal", hvilket fører til genoprettelse af dens tilstand. Rollen af en sådan kanal spilles af magnetiske substorme , processerne til at frigive magnetisk energi akkumuleret i magnetosfæren ved at lukke halestrømmen langs magnetiske linjer gennem ionosfæren i området af den natlige del af den polære ovale. Den nyligt genererede strøm kaldes en "elektrojet". Den mest imponerende manifestation af substorme er nordlys , som opstår som et resultat af bombardementet af neutrale atmosfæriske atomer af magnetohale plasmastrømme accelereret langs magnetiske feltlinjer. Magnetosfæren kan i lang tid dumpe overskydende energi ind i polarområderne på begge jordens halvkugler i form af understorme med en frekvens på omkring 3 timer.
Når hastigheden af energitilførsel væsentligt overstiger hastigheden for stationær og kvasi-stationær dissipation, sker der en global omarrangering af det nuværende system af magnetosfæren og ionosfæren, ledsaget af stærke forstyrrelser af magnetfeltet på Jorden, som i det væsentlige kaldes en magnetisk storm. Hovedbidraget til ændringen i magnetfeltet er lavet af ringstrømmen placeret i området af den geomagnetiske ækvator. Derfor, i modsætning til magnetiske understorme, hvor der observeres magnetfeltforstyrrelser i polarområderne, ændres feltet under magnetiske storme også på lave breddegrader nær ækvator. Under kraftige storme kan nordlys sænke sig 20-30° til ækvator fra polarområderne og kan observeres på lave breddegrader.

Geomagnetisk aktivitet opstår således som følge af bratte ændringer i eksisterende strømsystemer i Jordens magnetosfære og ionosfære eller dannelsen af nye strømsystemer. Det er vigtigt at bemærke, at ændringen i ringstrømmen under en storm er meget større end den elektrostråle, der opstår under substorme. Men på grund af det faktum, at ringstrømmen er placeret langt fra jordens overflade, i modsætning til elektrojet, som praktisk talt når de nederste lag af ionosfæren og atmosfæren, er ændringer i jordens magnetfelt under magnetiske storme globale i naturen ( med undtagelse af små områder nær de magnetiske poler) og udgør højst 500 nT. Ændringen i magnetfeltet under en substorm er af lokal karakter og kan være (1-3)·10 nT. (Det skal huskes, at Jordens konstante felt er omkring (30-50) 10 nT, det vil sige, at vi under alle omstændigheder taler om ændringer, der ikke overstiger nogle få procent, hvilket er meget mindre end felterne af teknologisk oprindelse). $^3$ $^3$

Geomagnetiske indekser

Magnetosfærens tilstand er beskrevet af en række forskellige indekser beregnet ud fra jordbaserede målinger af magnetfeltet [Mayaud, 1980]. Da aflæsningerne af forskellige netværk af magnetiske stationer bruges til at konstruere disse indekser, inkluderer de svarene fra forskellige magnetosfæriske-ionosfæriske strømsystemer. Det skal huskes, at for at studere forholdet mellem magnetiske storme og forskellige fænomener og udelukke aurorale fænomener (magnetiske substorme) fra analysen, er det nødvendigt at bruge Dst-indekset, for hvilket målinger er taget fra ækvatorialstationer. I tilfælde af undersøgelser af effekten af aurorale elektrojet på forskellige systemer er det bedre at bruge et specielt AE-indeks, som inkluderer målinger fra stationer på høj breddegrad i området af den polære ovale. Det mest almindeligt anvendte Kp-indeks er bygget på basis af målinger af magnetiske stationer i en lang række breddegrader, og det er følsomt over for begge fænomener og tillader ikke, at man separat studerer indflydelsen af hvert strømsystem, separat påvirkningen af magnetiske storme og substorme.

Geomagnetiske pulsationer

Geomagnetiske pulsationer er kortvarige svingninger af det geomagnetiske felt og er karakteriseret ved en kvasi-periodisk struktur, der optager et frekvensområde fra tusindedele af en hertz til flere hertz. I udenlandsk litteratur bruges udtrykket ULF-bølge (ultra-lav-frekvens) ofte til at referere til disse svingninger. Et af de første værker inden for undersøgelse af geomagnetiske pulsationer var V. A. Troitskayas arbejde (1956), som lagde grundlaget for denne forskningslinje. Af fysisk natur er geomagnetiske pulsationer gyromagnetiske bølger exciteret i Jordens magnetosfære og i solvinden. Den øvre frekvens af pulseringer bestemmes af gyrofrekvensen af protoner i magnetosfæren; på jordens overflade svarer dette til et frekvensområde på omkring 3-5 Hz.

Solkilder til geomagnetisk aktivitet

I en stille solvind ligger IMF nær Jorden i ekliptikplanet og er ikke geoeffektiv. Derfor kan kun forstyrrede typer af solvinden indeholde en stor geoeffektiv sydlig IMF-komponent og føre til geomagnetisk aktivitet. Sådanne forstyrrede typer solvind kan kun dannes på Solen under koronale masseudstødninger (CME) og fra koronale huller , som er kilder til hurtige solvindstrømme, der indhenter og interagerer med langsomme strømme og danner forstyrrede områder med kompression og deformation ( således kaldet Corotating Interaction region - CIR). Der er således 2 scenarier for transmission af forstyrrelser fra Solen til Jorden og excitation af stærk geomagnetisk aktivitet, primært magnetiske storme: 1. Koronal masseudstødning (CME) => interplanetær CME (ICME, magnetisk sky - Magnetisk sky, MC), inklusive den sydlige komponent IMF => magnetisk storm. Scenarie 2: 2. Koronale huller, der danner hurtige solvindstrømme => dannelse af en IMF kompressions- og deformationsområde (CIR), inklusive IMFs sydlige komponent => magnetisk storm. Hurtige ICME'er kan, ligesom hurtige strømme fra koronale huller, danne kompressions- og deformationsområder foran dem (såkaldte sheath), som kan indeholde den sydlige IMF-komponent og være geoeffektive, men i dette tilfælde er stormens solkilde en koronal masseudstødning (dvs. scenarie 1 er realiseret).

I medierne, i populærvidenskabelig (og nogle gange i videnskabelig) litteratur diskuteres spørgsmålet om sammenhængen mellem magnetiske storme og soludbrud ofte, og der foreslås en prognose for magnetiske storme baseret på observationer af soludbrud. Dette synspunkt opstod før begyndelsen af rumalderen, hvor der ikke var nogen direkte målinger af solvinden og IMF, og det modsiger moderne videnskabelige data. Da nogle soludbrud (hvis antallet er flere gange større end antallet af CME'er og flere titusinder større end antallet af magnetiske storme) er ledsaget af CME'er, giver en formelt udført statistisk analyse en lille sammenhæng mellem udbrud og storme. Men ifølge moderne data er der ingen sådan direkte fysisk forbindelse mellem soludbrud og geomagnetiske storme.

Variationer

Geomagnetiske variationer ændrer sig kontinuerligt over tid, og sådanne ændringer er periodiske.

Daglige variationer

Daglige variationer af det geomagnetiske felt forekommer regelmæssigt på grund af strømme i Jordens ionosfære , forårsaget af ændringer i belysningen af Jordens ionosfære af Solen i løbet af dagen.

27-dages variationer

27-dages variationer viser sig som en tendens til at gentage stigningen i geomagnetisk aktivitet hver 27. jorddag. Dette mønster er forbundet med eksistensen af langlivede aktive områder på Solen. Det viser sig i form af en 27-dages gentagelse af magnetisk aktivitet og magnetiske storme.

Sæsonvariationer

Sæsonvariationer afsløres på basis af månedlige gennemsnitlige data om magnetisk aktivitet. Sæsonmæssige variationer i magnetisk aktivitet har to maksima, svarende til tidspunkterne for jævndøgn , og to minima, svarende til tidspunkterne for solhverv .

11 års variationer

11-års variationer forbundet med en ændring i polariteten af solens magnetfelt.

Århundredes variationer

Sekulære variationer er langsomme variationer af elementerne i jordisk magnetisme med store perioder. Sekulære variationer forbundet med kilder, der ligger inde i Jordens kerne .

Litteratur

Plasma Heliogeofysik / Ed. L. M. Zeleny, I. S. Veselovsky. I 2 bind M.: Fizmatlit, 2008. Bind 1. 672 s.; T. 2. 560 s.
Mayaud PN Afledning, betydning og brug af geomagnetiske indekser // AGU Geophysical Monograph 22. 1980.
Troitskaya VA Kortvarige forstyrrelser af jordens elektromagnetiske felt, spørgsmål om at studere variable elektromagnetiske felter. M.: Nauka, S. 27-61. 1956.