Резонансные эффекты ультра-низкочастотных волновых полей в околоземном пространстве тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.03 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ им. О.Ю.ШМИДТА ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи

ПИЛИПЕНКО Вячеслав Анатольевич

Резонансные эффекты ультра-низкочастотных волновых полей в околоземном пространстве

Специальность 01.03.03 - физика Солнца

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН и Институте космических исследований РАН

Официальные оппоненты:

Ерохин Н.С. - доктор физ.-мат. наук (ИКИ РАН)

Кингсеп А.А. - доктор физ.-мат. наук (РНЦ «Курчатовский Институт»)

Копытенко Ю.А. - доктор физ.-мат. наук (СпБФ ИЗМИРАН)

Ведущая организация: Институт Прикладной Физики РАН (Н. Новгород)

Защита состоится 6 апреля 2007г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д002.113.03 ИКИ РАН по адресу: Профсоюзная ул. 84/32, Москва 117997

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеках ИФЗ и ИКИ.

Автореферат разослан 19 января 2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Канд. физ.-мат. наук Буринская Т.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для исследований плазменных процессов в ближнем космосе электромагнитные волны ультра-низкочастотного (УНЧ) диапазона (покрывающим три порядка по частоте, от долей мГц до первых Гц) имеют такое же значение, как сейсмические волны для изучения строения Земли - они позволяют проводить дистанционное зондирование и мониторинг областей, недоступных ¡п-эКи измерениям. По сравнению с волновыми процессами в других областях физики, волны в плазме обладают рядом специфических особенностей. Из этих особенностей принципиальное значение имеют резонансные эффекты: взаимодействие волн и частиц, трансформация волн, формирование резонаторов и волноводов. Благодаря резонансным эффектам, УНЧ волны переносят информацию о динамических явлениях в околоземном пространстве и верхней атмосфере, и достигают амплитуд, достаточных для того, чтобы оказывать активное влияние на протекание плазменных процессов и эффективно ускорять магнитосферные электроны. Тем не менее, существует принципиальная возможность использования регистрируемых на Земле УНЧ волн для гидромагнитной диагностики - определения параметров магнитосферной и ионосферной плазмы. УНЧ возмущения сопровождают все геофизические явления, связанные с большим выделением энергии - магнитные бури, взрывы, ураганы и грозы, землетрясения, и являются одним из основных агентов, связывающих в эти периоды разные геофизические оболочки. Однако в отличие от сейсмологии, для большинства геомагнитных пульсаций весьма ориентировочно известны свойства источников волн и каналы их распространения к земной поверхности. Лишь для небольшого числа из необычайного разнообразия периодических возмущений в околоземной плазме можно с уверенностью сказать, что их физическая природа выяснена. Регистрируемые спутниковыми и наземными магнитометрами УНЧ пульсации геомагнитного поля являются отражением магнитогидродинамических (МГД) волн в околоземной среде. МГД волновые явления повсеместно встречаются не только в околоземной среде, но и в солнечной короне и плазме лабораторных установок. Поэтому исследования УНЧ колебаний взаимно обогащают и дополняют физику МГД волн в солнечной, лабораторной и околоземной плазмах.

Цель работы состояла в детальном исследовании влияния резонансных эффектов в околоземной среде на возбуждение, распространение и диссипацию УНЧ волн, в частности:

■ разработка адекватных физических и численных моделей, позволяющих детально описать пространственно-частотную структуру УНЧ волн в разных средах, магнитосфере, ионосфере, и у земной поверхности;

■ разработка и апробация различных методов определения параметров магнитосферного резонатора по данным наземной регистрации УНЧ волн;

■ выяснение возможности распространения УНЧ сигналов вдоль ионосферы и в волноводе Земля-ионосфера;

■ выявление особенностей формирования волновых явлений в пограничных областях магнитосферы;

■ определение механизмов возбуждения УНЧ колебаний при резонансном взаимодействии волн и частиц;

■ выяснение влияния области ускорения авроральных электронов на формирование на этих широтах специфических волновых явлений и на распространение магнитосферных альвеновских волн;

■ возможность выделения из всего многообразия природной магнитосферной активности аномальных возмущений антропогенной и сейсмической природы.

Основные защищаемые положения

• Комплекс методов «магнито-сейсмологии» для наземного мониторинга распределения околоземной плазмы, основанный на физическом эффекте резонансной трансформации магнитосферной волновой энергии в локальные альвеновские колебания магнитных оболочек.

• Существование специфического класса поверхностных МГД волн, распространяющихся вдоль проводящего слоя ионосферы.

• Наличие волновых УНЧ явлений во внешней магнитосфере (>10 Яе), которые благодаря механизмам конверсии волновой энергии в направляемые альвеновские волны переносят информацию о динамических процессах в этих областях к земной поверхности.

• Наличие волнового механизма модуляции и ускорения электронов в верхней ионосфере на авроральных широтах.

• Механизмы спонтанного возбуждения УНЧ колебаний в результате дрейфовых неустойчивостей неоднородных распределений энергичных частиц в околоземной среде.

• Наличие разнообразных аномальных не-магнитосферных возмущений геомагнитного поля и ионосферной плазмы, вызванных антропогенной, метеорологической и сейсмической активностью.

Научная новизна работы состоит в том, что

■ построена теоретически обоснованная численная модель магнитосферно-ионосферного альвеновского резонатора;

■ построена численно-аналитическая модель искажения резонансной волновой структуры при прохождении через ионосферу к земной поверхности;

■ разработаны и апробированы новые методы наземного мониторинга плотности магнитосферной плазмы, что позволяет говорить о создании "гидромагнитной сейсмологии" околоземного космического пространства;

■ экспериментально обнаружены и теоретически смоделированы ранее неизвестные особенности УНЧ волн РсЗ диапазона на низких широтах - аномальная зависимость периода от широты и резкое усиление диссипативных свойств;

■ предсказано существование открытых МГД волноводов в области высокоширотного каспа и плазменного слоя со специфическими каналами утечки волновой энергии;

■ обнаружено явление периодической модуляции высокоширотной ионосферы долгопериодными альвеновскими волнами солнечного ветра и построена численная модель их наземного отклика;

■ •,., предсказано существование новой волновой структуры - альвеновского резонатора в верхней авроральной ионосфере;

*. количественно обоснован механизм активизации аврорапьных дуг альвеновскими волнами;

■ , построена исчерпывающая линейная теория возбуждения низкочастотных колебаний протонами кольцевого тока в результате кинетических дрейфовых неустойчивостей;

■ обнаружены и проинтерпретированы новые эффекты возмущения геомагнитного поля и ионосферы антропогенными, метеорологическими и сейсмическими источниками.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.

Особенностью диссертационной работы является попытка синергетически объединить разработку адекватных теоретических моделей с их апробацией с помощью специализированного анализа данных наземных и спутниковых наблюдений, и далее - с постановкой новых нерешенных проблем. Поэтому все теоретические представления, развиваемые автором, получили непосредственное экспериментальное подтверждение, а обнаруженным новым природным явлениям была дана непротиворечивая интерпретация. Многие из результатов работы были опубликованы достаточно давно, некоторые - более 20 лет назад, и «прошли проверку временем»: несмотря на большое число новых исследований, значительно расширивших прежние представления, основные результаты автора не были опровергнуты. Об этом, в частности, свидетельствует большое число ссылок на работы автора (более 300 по данным International Citation Index на май 2006 г.). Все результаты, представленные в диссертации, опубликованы в рецензируемых отечественных и зарубежных научных журналах.

Практическая ценность работы.

Полученные в диссертации результаты закладывают практические основы для наземных методов гидромагнитной диагностики магнитосферы, и позволяют говорить о создании «магнито-сейсмологии» околоземного пространства. Показано, что надежный мониторинг резонансных частот, локальных силовых линий существен не только для гидромагнитной диагностики, но и для корректной интерпретации данных магнитотеллурического зондирования. Разработанные теоретические модели резонансной трансформации МГД колебаний и кинетических дрейфовых неустойчивостей являются новыми не только для космической геофизики, но и физики плазмы в целом. Разработанные представления о резонансном взаимодействии УНЧ волн с релятивистскими электронами, представляющими угрозу для надежного

5

функционирования технологических систем в космосе, позволили ввести в космическую геофизику новый геомагнитный индекс - волновой УНЧ индекс, характеризующий уровень УНЧ турбулентности в околоземной среде и используемый для прогноза радиационной опасности для геостационарных спутников. Кроме того, УНЧ диапазон оказался наиболее перспективным для поиска электромагнитных шумов литосферного происхождения, связанных с процессами подготовки землетрясений.

Личный вклад. Характерной особенностью исследований, проводимых автором, является сочетание разработки новых теоретических представлений с их апробацией при обработке и анализе спутниковых и наземных данных. Для наземных исследований пульсаций при непосредственном участии автора был осуществлен ряд международных проектов, материалы которых использованы в' работе. Автор участвовал в постановке работ, компьютерной обработке данных и их теоретической интерпретации. Все статьи, на которых основана диссертационная работа, были написаны лично автором, даже если он и не являлся первым соавтором.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, 2 приложений, списка литературы (290 наименований) и списка публикаций автора по теме диссертации (97 наименований), содержит 160 страниц текста и 55 рисунков.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались в более 30 докладах, сделанных автором на отечественных и международных конференциях:

- генеральные ассамблеи Международного Геофизического и Геодезического Союза IUGG (Ванкувер 1991, Бермингем 1999, Саппоро 2003)

- ассамблеи Международной Ассоциации по Геомагнетизму и Аэрономии IAGA (Прага 1985; Упсала 1997, Тулуза 2005);

- конференции Американского Геофизического Союза AGU. (Сан-Франциско 1991,1992);

- международные конференции по плазменной астрофизике, солнечно-земной физике и геокосмосу (Иркутск 1976, С-Петербург, 2004; 2006; Апатиты, 1998,2002);

- научные семинарах ИФЗ, НИИЯФ, ИКИ, ИСЗФ.

Публикации. Из 132 работ, опубликованных автором в рецензируемых отечественных и зарубежных изданиях, непосредственно теме диссертации соответствует 97 работ.

Благодарности. Автору посчастливилось сотрудничать с блестящими физиками -Похотеловым O.A. и Федоровым E.H., от которых он многому научился и благодаря которым ему удалось что-то сделать в науке. Автор также признателен другим талантливым коллегам и прекрасным людям за годы совместной работы: Мазур Н.Г., Гохберг М.Б., Курчашов Ю.П., Шалимов С.Л., Козырева О.В., Чугунова О.М., Ягова Н.В., Сурков В.В.

Введение: РОЛЬ РЕЗОНАНСНЫХ ЭФФЕКТОВ В ПРОЦЕССАХ ГЕНЕРАЦИИ, РАСПРОСТРАНЕНИЯ и ДИССИПАЦИИ УНЧ ВОЛН В ОКОЛОЗЕМНОЙ ПЛАЗМЕ

Во введении обоснована постановка решаемых автором задач, сформулирована цель работы, дан краткий обзор современного состояния исследований вариаций геомагнитного поля в УНЧ диапазоне, и изложено место работ, составляющих содержание диссертации. Детальные ссылки на работы автора даны в соответствующих разделах диссертации.

МГД волны, пронизывающие все околоземное космическое пространство, доносят до земной поверхности информацию о свойствах окружающей Землю плазмы и динамических процессах в ней. Эти волны регистрируются спутниковыми и наземными магнитометрами в виде УНЧ (Ultra-Low-Frequency по зарубежной терминологии) пульсаций геомагнитного поля диапазона 1 мГц-1 Гц. Геомагнитные пульсации были, по существу, первыми электромагнитными волнами, зарегистрированными при помощи примитивного магнитометра человечеством Энергетически УНЧ волны являются самым мощным волновым электромагнитным процессом в околоземном пространстве.

Исследование волновых явлений в околоземной плазме опирается на математический аппарат и теоретические подходы, разработанные в физике плазмы и магнитной гидродинамике. Однако нельзя сказать, что космическая геофизика занимается только приложением физических представлений, выработанных в общей физике плазмы. Ряд принципиально новых физических идей, получивших затем широкое развитие, пришел в физику плазмы из космической геофизики: пересоединение силовых линий и аннигиляция магнитных полей (Dungey), бесстолкновительные ударные волны (Gold). Сюда же следует добавить и особый класс МГД волн - волны Альвена, отмеченного за их предсказание Нобелевской премией в 1942 г. Конверсия МГД волн в области апьвеновского резонанса, впервые предложенная Chen & Hasegawa для интерпретации структуры УНЧ волн в магнитосфере Земли, ныне широко используется в работах по управляемому термоядерному синтезу для радиочастотного нагрева плазмы и для объяснения нагрева солнечной короны.

В целом магнитосфера подобна гигантскому природному мазеру для МГД волн, в который накачиваются шумы солнечного ветра, которые затем усиливаются и фильтруются в магнитосферном резонаторе, и высвечиваются через полупрозрачные торцы (ионосферы). Наличие МГД мазера приводит к появлению в околоземном пространстве разнообразных узкополосных сигналов, что было бы трудно ожидать от турбулентного процесса взаимодействия солнечной плазмы с геомагнитным полем. Как будет показано в гл.5, неравновесные распределения энергичных частиц в магнитосфере, подобно инверсной заселенности в мазере, также могут генерировать узкополосные колебания.

Глава I. РЕЗОНАНСНЫЕ ЭФФЕКТЫ в ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЕ ПОЛЯ УНЧ ВОЛН и ГИДРОМАГНИТНЫЙ МОНИТОРИНГ ОКОЛОЗЕМНОЙ ПЛАЗМЫ

Резонансная трансформация МГД волн и модели MAP

Альвеновские волны принципиально отличаются от обычных волновых процессов в оптике, акустике или сейсмологии. Их спектр даже в пространственно ограниченной системе непрерывен, а собственные функции сингулярны, что приводит к интересным особенностям этих волн: одномерному характеру распространения вдоль магнитного поля и отсутствию геометрического затухания, возможности переноса нестационарного продольного тока вдоль силовых линий, отсутствию незатухающих решений даже в бездиссипатавной системе, необратимой конверсии магнитозвуковых возмущений в альвеновские волны. Стоячие альвеновские колебания силовых линий геомагнитного поля, ограниченные сопряженными ионосферами, образуют магнитосферный альвеновский резонатор (MAP). Схематически MAP и его модель с прямыми силовыми линиями показан на рис.1.

Согласно представлениям резонансной теории MAP, МГД возмущения из внешних областей при распространении в глубь магнитосферы трансформируются в

альвеновские колебания. Наиболее эффективен процесс трансформации колебаний на геомагнитной широте Ф, где частота внешнего источника f совпадает с локальной частотой

fA собственных колебаний

геомагнитной силовой линии,

т.е./->/А(Ф).

Основные представления о возбуждении MAP внешним источником были

первоначально сформулированы в рамках упрощенной 1D модели (Southwood, Chen & Hasegawa), в связи с чем до сих пор продолжаются дискуссии о сохранении качественного характера трансформации МГД волны в области резонанса в более реалистичных ситуациях (например, Hansen, Goertz). Строгое обоснование основных принципов теории альвеновского резонанса для двухмерно-неоднородных плазменных конфигураций дано в 1.1, где с использованием метода Фробениуса показано, что сингулярный характер поля волны

в окрестности резонансной оболочки сохраняется и в 2D плазменных системах. В этой модели неоднородность альвеновской скорости VA (х, z)-BQ/ как

поперек, так и вдоль Во создается неоднородным распределением фоновой плазмы с плотностью po(x,z). Такая модель с прямым Во сохраняет все принципиальные особенности 20-неоднородной системы, но позволяет избежать формальных усложнений связанных с необходимостью введения метрических коэффициентов в криволинейном Во. Математическое описание волнового поля в окрестности резонансной оболочки получено с помощью качественной теории дифференциальных уравнений в виде асимптотического разложения:

= ik-;NQ,(xA,z)(x-xAyl+ 0(1) £0 ,z) = NQs(xA,z)]n(x-xA) + 0(х-хА) (1) Bz(x,z) = N-'Y,qnQn(xA>z) + o(x-xA)

n

где x - радиальная координата, xA (/) - координата резонансной силовой линии, % - смещение плазмы, Bz - магнитная компонента вдоль Во (сжатия), Qn - собственные функции апьвеновских колебаний силовых линий, ку - азимутальная компонента волнового вектора.

Главный сингулярный член асимптотического разложения (1), описывающий амплитудные и фазовые характеристики Ву = В0д2^у азимутальной составляющей

поля колебаний в окрестности резонансной оболочки имеет вид

ву(х,л = ьй(л-(2)

x-xA{f) + iôm

где ôm - полуширина резонансной области в магнитосфере Исходя из представления (2), пространственную структуру поля пульсаций можно качественно представить в виде суперпозиции сигнала "источника" b0(f) и резонансного

отклика MAP. Сигнал источника обусловлен возмущением, переносимым крупномасштабной БМЗ волной, и слабо зависит от координаты. Резонансный же отклик MAP, связанный с возбуждением альвеновских колебаний, сильно локализован и вызывает резкое изменение хода амплитуды и фазы пульсаций при переходе через резонансную оболочку. Радиальная компонента Вх = B0dzÇx поля пульсаций имеет

более слабую (логарифмическую) особенность в окрестности резонансной оболочки, и резонансные эффекты в ее структуре проявляются слабо. Компонента сжатия (compressional) магнитного поля Bz регулярна в точке х-ха и имеет в ее окрестности малую, но конечную величину.

Согласно спектральной теории МГД резонаторов в криволинейном магнитном поле (Крылов, Федоров, Леонович, Мазур), полный спектр колебаний определяются двумя наборами нелокальных дисперсионных уравнений. Эти дисперсионные

9

уравнения совпадают с хорошо известными обыкновенными дифференциальными уравнениями Dungeу, соответствующими либо малым значениям азимутального волнового числа т ~ 1 (тороидальная мода), либо большим т» 1 (полоидапьная мода). Альвеновские колебания тороидального типа преимущественно возбуждаются крупномасштабными вне-магнитосферными источниками и хорошо проходят к земной поверхности. Колебания полоидального типа в основном возбуждаются более локальными внутри-магнитосферными источниками и практически полностью экранируются ионосферой от земной поверхности.

Для описания качественных особенностей МГД волновых процессов в магнитосфере достаточно рассмотрения сравнительно простых моделей с прямым магнитным полем. Однако для целей гидромагнитной диагностики требуется разработка численных моделей, учитывающих реальную геометрию геомагнитного поля и особенности распределения плазмы вдоль силовых линий. Для количественной интерпретации спектральных особенностей УНЧ волн в 1.2 разработана новая численная модель MAP. В этой модели MAP параметры резонатора на данной широте определяются путем численного интегрирования волновых уравнений по ионосфере и магнитосфере с граничными условием непротекания тока jn =0 на нижней кромке ионосферы. Пространственное

распределение альвеновской скорости и педерсеновской проводимости, определяющих коэффициенты этих уравнений, рассчитываются по параметрам многокомпонентной ионосферной плазмы из эмпирической модели стандартной ионосферы IRI-90.

Для средних и высоких широт ионосфера может быть аппроксимирована для МГД волн тонкой анизотропно проводящей пленкой, когда толщина Ah педерсеновского слоя много меньше эффективной толщины скин-слоя дР, т.е. Ah 5Р — с !{2пара>)хп. В приближении тонкого слоя, горизонтальные компоненты электрического и магнитного полей альвеновской волны на уровне ионосферы связаны граничным импедансным условием Ev= Вр/ Хр через

безразмерный адмиттанс ионосферы Хр = 4жЕр / с sin /. Расчеты спектральных

характеристик MAP для средних широт хорошо согласуются с результатами экспериментов по определению пространственно-частотной структуры поля РсЗ-5 колебаний, описываемых в 1.5.

По мере приближения к приэкваториальным широтам возможность использования приближения "тонкой" ионосферы представляется проблематичной, т.к. на низких широтах значительная часть силовой линии оказывается "погруженной" в ионосферные слои. Как показывают расчеты по разработанной модели MAP на средних широтах (L>2) периоды основных гармоник и добротностей колебаний для реальной ионосферы и в приближении "тонкой" ионосферы практически совпадают. Но по мере приближения к экватору (L<2) расчетные кривые начинают расходиться. При этом период альвеновских колебаний ТА первой (сплошная) и второй (пунктир)

гармоник увеличивается и меридиональный градиент

альвеновской частоты меняет знак на L-1.3 (рис.2А). Изменение хода кривой

ТА(Ь) на низких широтах связано с

"нагружением" силовых линий тяжелыми ионосферными ионами (0+, NO+, Ог+) Кроме того, на низких широтах резко усиливается джоулева диссипация колебаний, т.к. на этих широтах значительная часть силовых линий находится в ионосферных слоях с высокой проводимостью: на

Ф<40° добротность MAP резко падает (рис.2В), в то время как теория "тонкой" ионосферы предсказывает нереально высокое возрастание Qa на низких широтах.

Для методов наземной диагностики с использованием УНЧ волн принципиальное значение имеет вопрос о возможных искажениях их структуры при прохождении через ионосферу. Для оценки возможности просачивания магнитосферных возмущений к земной поверхности достаточно воспользоваться простыми соотношениями теории тонкой ионосферы [Апьперович & Федоров, Hughes & Southwood], согласно которым при прохождении через однородную ионосферу поперечная пространственная структура волны сохраняется с учетом поворота эллипса поляризации на тт/2: Вх D ; ву->Н\ и уширения резонансного пика:

8 —» Sm+h [h- высота проводящего слоя ионосферы).

Применение же методов наземной гидромагнитной диагностики требует более строгого рассмотрения возможных искажений амплитудно-фазовой структуры поля пульсаций при ионосферном прохождении. Такая численная модель, основанная на полных аналитических соотношениях теории прохождения гармоники плоской неоднородной МГД волны через тонкую ионосферу, изложена в 1.3. На первом этапе расчетов, пространственная структура падающей на ионосферу волны в резонансной области разлагается на спектральные гармоники, а на следующем этапе полное поле рассчитывается путем численного интегрирования по всем составляющим гармоникам с их коэффициентами прохождения. Влияние геоэлектрических свойств подстилающей земной коры учитывается рекуррентными импедансными соотношениями для многослойной среды.

Расчеты пространственной меридиональной структуры поля УНЧ волны показывают, что амплитуды горизонтальных магнитных и электрических компонент у

10 20 30 40 50 60

LATITUDE

земной поверхности имеют симметричный максимум с центром под резонансной силовой линией. Вертикальная компонента Bz меньше по амплитуде, но имеет более резкий максимум. Фаза горизонтальных компонент 8х и £у при переходе через резонансную область испытывает скачок <тс с наиболее резким градиентом в резонансной точке. Фаза компоненты Bz в окрестности резонанса имеет в 2 раза более резкий градиент, чем Вх. Соответственно, фазовый сдвиг между Bz и £у компонентами меняется от л/2 до -я/2 по разные стороны от резонансного пика, а в точке резонанса эти компоненты синфазны. Результаты расчетов отношения между амплитудами Bz и £у компонент и разности фаз между ними на различных расстояниях от резонансной силовой линии подтверждают аналитические соотношения, полученными в 1.4 при условии сильного скин-эффекта.

Одно из практических применений УНЧ волн связано с магнито-теллурическим зондированием (МТЗ) земной коры. Для методов МТЗ адекватный выбор структуры первичного поля имеет принципиальное значение. Предсказываемая резонансной теорией специфическая амплитудно-фазовая структура поля УНЧ волн, не учитывается современными моделями МТЗ. Пренебрежение спецификой структуры поля УНЧ волн на резонансных частотах при интерпретации данных МТЗ над высокоомными разрезами может привести к ложным выводам о наличии локальных геоэлектрических структур в земной коре. В 1.3 представлены результаты исследования резонансной структуры поля УНЧ волн при различных геоэлектрических условиях. Над высокоомной подстилающей поверхностью, когда условие сильного скин-эффекта нарушается, модельные расчеты показывают, что вертикальная магнитная компонента становится сравнимой по величине с горизонтальной. По сравнению со случаем хорошо-проводящей земной коры, широтное распределение амплитуды и фазы искажается, причем в разной степени для электрической и магнитной компонент, что приводит к искажению кажущегося импеданса Z = ju0Ey / Вх. Эти искажения амплитудной и фазовой частей Z

достигают -50% от импеданса Тихонова-Каньяра, основанного на модели вертикально падающей плоской волны. Таким образом, определение локальных резонансных частот существенно не только для гидромагштной диагностики, но и для более корректной интерпретации данных МТЗ.

Методы наземного мониторинга околоземной плазмы с использованием УНЧ волн

В отличие от сейсмологии, для геомагнитных пульсаций весьма ориентировочно известны свойства их источников (местонахождение, спектральный состав и т.п.). Тем не менее, как показано в 1.4, существует принципиальная возможность использования регистрируемых на земной поверхности УНЧ волн для гидромагнитной диагностики - определения плотности магнитосферной плазмы. Физической основой гидромагнитной диагностики является рассмотренный в 1.1 нетривиальный эффект резонансной трансформации МГД волн в магнитосфере. Резонансная частота

fR{B,N) определяется для данной геомагнитной широты локальным

распределением плазмы вдоль силовой линии N(z), а добротность - диссипативными свойствами ионосферы и магнитосферы [Троицкая, Гульепьми]. Таким образом, уверенное выделение резонансных эффектов и наличие надежных методов расчета спектральных параметров MAP открывает возможность мониторинга плотности околоземной плазмы и проводимости ионосферы по наземным данным

Теоретическое обоснование методов наземного мониторинга магнитосферной плазмы с помощью УНЧ волн дано в 1.4, а в 1.5 описаны результаты специализированных экспериментов по апробации этих методов. Наиболее эффективным образом отстроиться от влияния спектра источника и выделить локальные резонансные особенности удается с помощью либо градиентных методов [Баранский], основанных на прецезионных измерениях поля пульсаций на малой базе, либо поляризационных методов [Гупьельми], опирающихся на соотношения между различными магнитными и электрическими компонентами поля волны в данной точке. Для практического мониторинга резонансной частоты требовалось разработать несколько взаимоконтролирующих методов ее определения.

Градиентный метод. Основная трудность в экспериментальном определении fR

заключается в том, что зачастую вклад в наблюдаемый спектр пульсаций резонансного отклика MAP оказывается сопоставимым с особенностями спектра источника колебаний. В результате, спектральный пик регистрируемого сигнала может не совпадать с локальной резонансной частотой, а ширина спектрального пика

не характеризовать добротность MAP.

Неопределенность с

разделением спектров

резонансного отклика и источника удается разрешить с помощью градиентного метода [Баранский] • прецезионных измерениях поля пульсаций на малой базе (-50-300 км). Этот метод, и его дальнейшее развитие в 1.4, дает возможность отстроиться от влияния спектра источника и выделить даже сравнительно слабые резонансные эффекты.

Наличие данных

регистрации сигналов на двух станциях, разнесенных по

меридиану на ах = х2—хх

\ 1 " м _да

Д1—

дает возможность рассчитать отношение амплитудных спектров H компонент G(f)=H(f,x2)/H(f,xl) и разность фаз Aç(f). Из теоретических выражений

для G(f) и A<p(J~) следует, что на резонансной частоте fc силовой линии,

секущей, меридиан посередине между двумя близкими станциями, G(f ) проходит

через 1, a Aç(f) достигает экстремальной величины (рис.3). При обычном для

магнитосферы уменьшении fR с ростом широты, знак разности Аср должен

указывать на кажущееся распространение фазового фронта волны с юга на север, т.е. по направлению к источнику пульсаций. Приведенный в 1.4 набор свойств спектральных функций G(/) и A<p(f) позволяет оценить резонансную частоту

силовой линии между двумя станциями, ширину резонансной области S, и градиент альвеновской частоты в магнитосфере.

Модифицированный градиентный метод для горизонтально-неоднородной земной коры. Наличие горизонтальных геоэлектрических неоднородностей может существенно исказить структуру падающего поля пульсаций. Влияние геоэлектрической неоднородности выражается в изменении амплитудного отношения (?(/) на некоторый коэффициент M и появлении дополнительного фазового сдвига

А%. Эти искажения удается рассчитать при предположении, что эти неизвестные

коэффициенты слабо зависят от f в ограниченном частотном диапазоне вблизи резонансной частоты. В результате, модифицированный градиентный метод дает возможность рассчитать параметры резонансной структуры даже для данных, - искаженных влиянием геоэлектрических неоднородностей.

Амплитудно-фазовый градиентный метод. Согласно резонансной теории спектр резонансной компоненты сигнала может быть представлен в виде аналитического соотношения (2) с особенностью в комплексной плоскости. Исходя из теоретических соотношений для G(f ) и A<p(f), можно получить соотношение для расчета

расстояния xR(f ) до резонансной оболочки на каждой частоте по наблюдательным данным [Гульельми], а затем, обращая зависимость xR(f) —> fR(x) -непрерывное широтное распределение резонансной частоты fR(x). В рамках этого же подхода можно восстановить вид спектра пульсаций 60 (/), неискаженного влиянием резонансных эффектов.

Поляризационные методы изучения резонансной структуры поля пульсаций используют амплитудные и фазовые соотношения между различными компонентами в одной точке. Различная «чувствительность» разных компонент УНЧ волн к резонансной особенности (1) указывает, что информация о резонансной частоте

14

может быть извлечена не только из пространственной структуры волн, но также и из их поляризационных свойств.

Если диссипация в системе очень мала, то из выражения для отношения комплексных спектров H(f)/D(f) следует, что при пересечении резонансной оболочки направление вращения горизонтального вектора должно измениться. Когда добротность MAP невелика, то эффект смены поляризации может проявиться только на оболочках, смещенных относительно резонансной. В этом случае поляризационные особенности горизонтальных магнитных компонент сложно использовать для практического определения резонансных частот, так как смещение точки обращения поляризации от резонансной зависит от трудно определяемых параметров. Поэтому в отличие от предсказаний первых работ по теории MAP [Chen & Hasegawa, Southwood] изменение знака поляризации оказывается ненадежным методом для определения fR в реальной магнитосфере.

Поскольку резонансный отклик магнитосферы (1) характеризуется резко выраженной асимметрией между Н и D компонентами, а спектр источника проявляется в обеих компонентах одинаковым образом, то даже когда резонансный отклик замаскирован спектром источника, отношение H(f)/D(f) выявит максимум на резонансной частоте силовой линии, проходящей через точку наблюдения [Баранский].

Поляризационный метод, основанный на резонансных свойствах вертикальной магнитной компоненты. Появление вертикальной компоненты Bz геомагнитных

пульсаций у земной поверхности отражает наличие горизонтальных неоднородностей либо геоэлектрической структуры земной коры, либо самого поля пульсаций. Таким образом, использование Bz компоненты поля пульсаций может оказаться

перспективным для выделения резонансных особенностей пространственной структуры поля пульсаций. В случае сильного скин-эффекта (это условие хорошо выполняется для типичных РсЗ-5 пульсаций над низкоомными разрезами), если пренебречь вкладами компоненты D и неоднородностью импеданса земной поверхности, Bz компонента в резонансной точке имеет более сильную особенность

oc(x-xR)~2, чем Н компонента ос (дг-Хд)"1. Появление максимума Bz

составляющей в пространственном распределении амплитуды вдоль земной поверхности под резонансным пиком в ионосфере представляет собой специфическую особенность резонансной пространственной структуры, так как синфазные ионосферные токи создали бы на Земле минимум Bz . Следовательно, для определения резонансной частоты с использованием многокомпонентных магнитных данных, в дополнение к H(f) / D(/) отношению можно использовать

отношение Bz (/) / D(f), которое должно иметь резкий пик на локальной

резонансной частоте. Приведенные в 1.4 аналитические оценки хорошо согласуются с результатами численного расчета в 1.3 приземной структуры УНЧ волн.

Гидромагнитная диагностика с использованием магнитных и электрических компонент. Резонансные особенности Bz компоненты лежат в основе другого

поляризационного метода наземной гидромагнитной диагностики. Из граничного условия для компонент поля УНЧ волн над хорошо проводящей земной корой можно получить соотношение между спектрами компонент Bz{f) и Ey(f). Численные

расчеты и теоретические оценки показывают, что на частоте альвеновского резонанса отношение спектральных плотностей |Вг(9/Еу(У)| имеет локальный максимум, а компоненты Bz и Ey должны быть синфазны. Более того, удается получить соотношения, которые позволяют по данным МТЗ наблюдений, включающих не только магнитные, но и электрические компоненты, определить расстояние до резонансной силовой линии с заданной частотой. Обращая зависимость xR(/) —> fR(x), можно восстановить широтный профиль резонансной частоты в

окрестности точки наблюдения по данным только одной обсерватории [Гульельми]. Таким образом, данные МТЗ наблюдений могут обогатить набор методов гидромагнитной диагностики. Однако, этот метод можно применить только для условий низкоомных подстилающих пород, когда справедливо условие сильного скин-эффекта. Возможные искажения, вносимые в результаты этого метода конечным сопротивлением земной коры, рассматриваются с помощью численной модели в 2.1.

Метод годографа. В 1.4 предложен новый метод определения частоты MAP, основанный на расчете годографа отношения комплексных спектров сигнала на двух станциях. Идея данного метода опирается на геометрические свойства преобразования, описываемого аналитическими соотношениями (2) резонансной теории. Регистрируя Н компоненту УНЧ сигнала на двух станциях меридионального профиля, можно найти отношение их комплексных спектров

lm R(x)

R (со) * М

Re r (х)

>

4

= (3)

X-l + iS

Здесь введена безразмерная координата X -(х- хс) /(Ах / 2) и нормированная

ширина резонанса S = S/(ax/ 2). При изменении частоты f точка х = xr(í)

пробегает всю действительную ось, при этом ее образ R{x(f)} пробегает на комплексной плоскости некоторую кривую - годограф (рис.4). Этот годограф обладает рядом замечательных свойств, которые делают его весьма удобным и информативным средством анализа данных. Правая часть формулы (3) для R(f), по существу, задает дробно-линейное преобразование комплексной плоскости X в комплексную плоскость R, которое переводит совокупность прямых в окружности.

В 1.4 получен ряд соотношений для преобразования годографа, опираясь на которые можно по данным градиентных измерений определить характерные резонансные частоты, ширину резонанса и добротность MAP, и искажения за счет неоднородностей геоэлектрики. Применение годографа имеет ряд преимуществ по сравнению со стандартным градиентным методом: он позволяет контролировать степень соответствия экспериментальных данных теоретической модели во всем частотном интервале и дает более устойчивые оценки. Кроме того, этот метод дополнительно позволяет по данным измерений в двух точках получить непрерывное распределение резонансных частот в интервале широт, выходящем за широту точек наблюдения. Для применения этого метода была разработана специальная интерактивная программа, в настоящее время распространенная среди специалистов по гидромагнитной диагностике.

Эксперименты по выделению резонансных эффектов

Для изучения локальной структуры поля РсЗ-4 и Pi2 пульсаций проводилась серия специализированных экспериментов на разных широтах, описываемых в 1.5. Впервые цифровые методы кросс-спектрального анализа были применены нами к обработке данных советско-германского эксперимента на градиентных парах вблизи станций Corpa (L=3.6) и Niemegk (L=2.7). Градиентный метод показал, что неэквидистантный спектр РсЗ пульсаций во внутренней магнитосфере образуется нечетными гармониками альвеновских колебаний (имеющими в экваториальной плоскости пучность смещения плазмы), что качественно согласуется с гипотезой о внемагнитосферном источнике этих пульсаций. Также градиентный метод подтвердил предположение об альвеновском резонансе для P¡2 сигналов внутри плазмосферы. В целом резонансная теория качественно описывает основные характерные особенности градиентов поля дневных и ночных пульсаций, но при количественных оценках для высоких гармоник возникало противоречие с теорией тонкой ионосферы

Для слежения за временной динамикой MAP нами была разработана процедура градиентно-временного анализа, основанная на сравнении цифровых динамических спектров сигналов на разных станциях. Дифференциальная амплитудная сонограмма РсЗ-4 пульсаций отчетливо показывает наличие линии обращения градиента H'^(f)-

№(/), обусловленной предсказываемым селективным усилением высокочастотной части сигнала на южной станции по сравнению с северной. Дифференциальная фазовая сонограмма показывает, что для всех волновых пакетов хорошо выделяется частота экстремального значения фазовой разности, отвечающая резонансной частоте. Градиентно-временной метод в дальнейшем получил широкое распространение [Waters, Kawano],

В экспериментах в Колорадо и Киргизии синхронная регистрация пульсаций электромагнитного поля Земли велась на сети станций с разносом -100-200км вдоль геомагнитного меридиана. Станции находились в резко неоднородных геоэлектрических условиях, и было не ясно, насколько существенно скажутся геоэлектрические неоднородности на результатах градиентного метода. Результаты эксперимента показали, что модифицированный градиентный метод позволяет определить резонансные эффекты РсЗ-4 пульсаций даже для данных, искаженных влиянием геоэлектрической неоднородности подстилающих пород. Сравнение градиентных и поляризационных методов для определения собственной частоты силовых линий, ее радиального градиента и ширины резонансной области продемонстрировало применимость этих методов в качестве инструмента гидромагнитной диагностики магнитосферы.

При анализе данных наблюдений на сети среднеширотных станций 210 ММ идентифицировать резонансные частоты РсЗ-4 колебаний удалось однозначным образом провести с помощью квази-градиентного метода, использующего данные почти сопряженных станций. Используя экспериментально определенный набор резонансных частот, был восстановлен характер распределения магнитосферной плазмы, как в радиальном направлении, так и вдоль силовой линии, хорошо согласующийся со спутниковыми результатами.

Поляризационный метод диагностики, использующий отношение спектральных плотностей горизонтальных магнитных компонент, был успешно апробирован по данным эксперимента по синхронной регистрации РсЗ-4 пульсаций на

среднеширотных станциях Niemegk и Laquila.____ __

Как предсказывает

теоретическая модель в 1.2, качественно новые

особенности MAP могут проявиться на низких геомагнитных широтах (ниже 30°), где значительная часть силовой линии оказывается погруженной в ионосферную плазму. Данные цепочки станций 210 ММ действительно выявили резкое ухудшение добротности РсЗ колебаний по мере приближения к

100 г T(sec)

90/08/16

10

t'

/

/

I И I I I I ll I I I Ч I I I |l 4 I I I I I I | Г1 H'l I I I li I I I r

,10 20 30 40 50 60 LATITUDE

экваториальным широтам. Кроме того, поляризационным H/D методом на низких широтах обнаружен аномальный ход резонансного периода - рост TR(Ф)с уменьшением широты (рис.5), предсказываемый разработанной численной моделью ионосферно-магнитосферного резонатора. Совместный анализ ионосферных и магнитосферных данных показывает, что наземные наблюдения УНЧ пульсаций могут использоваться не только на средних, но и на низких широтах для мониторинга плотности плазмы в плазмосфере, где спутниковые наблюдения оказываются неэффективными.

Амплитудно-фазовый градиентный метод был успешно апробирован при анализе данных наблюдений на сети низкоширотных станций в Японии. Этот метод также подтвердил наличие аномальной зависимости Т1{ (Ф) на низких

широтах. Метод годографа был применен нами для определения широтного профиля резонансной частоты MAP по данным меридиональной сети станций в Скандинавии. Пример широтного

распределений fR(X) и S(X),

восстановленных методом годографа по данным эксперимента BEAR, показан на рис.6.

Проведенные эксперименты позволили сформулировать основные подходы к задаче гидромагнитной спектроскопии, т.е. идентификации спектральных пиков УНЧ излучений. Оптимальным образом для гидромагнитной спектроскопии необходимо сочетание станций с малыми (-100 км) базами, позволяющими выделить локальные резонансные частоты, и большими (~1000км) базами, необходимыми для определения глобальной структуры волн. Потенциальные возможности апробированных методов наземного УНЧ мониторинга распределения плазмы в магнитосфере позволяют говорить о создании "гмдромагнитной сейсмологии" околоземного пространства.

Глава II. Ионосферное распространение УНЧ волн

В гл.2 рассмотрена возможность существования специфических низкочастотных МГД мод, которые могут распространяться вдоль ионосферы. В таком случае, ионосфера уже не являлась бы просто пассивным экраном, отражающим волновые процессы в

Frequency distribution restored by H-method

98175 1050-1230 UT

магнитосфере достаточно больших масштабов, а могла быть приводить к более сложной картине интерферирующих сигналов.

В геофизической литературе в целом не было четкой картины распространения низкочастотных МГД возмущений вдоль ионосферы. С одной стороны, ряд авторов [Rosfo/cer] полагали, что распространение УНЧ возмущений вдоль ионосферы аналогично распространению электромагнитной волны в проводящей пластине, и тем самым ограничено скин-длиной Sp. С другой стороны, Сорокин, Федорович

развивали представления о возможности дальнего ионосферного распространения на средних и высоких широтах специфических МГД мод, названных гиротропными волнами, вдоль Е-слоя, где преобладает холловская проводимость <хя »<тР.

Вопрос о возможности распространения гиротропной моды в приэкваториальной ионосфере оставался открытым. Обычно полагается, что все особенности поля УНЧ волн на при-экваториальных широтах связаны с существованием узкой полосы в экваториальной ионосфере с высокой каулинговской проводимостью ис. Однако,

анализ поля РсЗ пульсаций на приэкваториальных широтах показал, что экваториальная ионосфера не только пассивно усиливает токи растекания от более высокоширотных источников, но и активно генерирует УНЧ возмущения. Эти экспериментальные наблюдения подводят к гипотезе о том, что флуктуации экваториального электроджета могут возбуждать геомагнитные возмущения, которые затем разбегаются вдоль ионосферы. В 2.2 дан строгий анализ задачи о распространении МГД возмущений вдоль ионосферного слоя с малым наклонением I геомагнитного поля. Эта задача завершает построение полной картины ионосферного распространения МГД волн, развиваемой Сорокиным, Борисовым, Мазуром.

Суммируя результаты 2.3 и предшествующих работ, общие свойства поверхностной гиротропной моды можно описать следующим образом. Для наглядности, рассматриваем ситуацию, когда влиянием Земли на возмущения в ионосфере можно пренебречь, т.е. kh » 1. Введем характерные скорости ионосферы, определяемые интегральными ионосферными проводимостями: FPH = 1 / ju02)я я . В ионосферном слое с малой педерсеновской проводимостью

возможно дальнее распространение гиротропной моды, при этом

скорость распространения определяется £н: б) / k = y[2kVH cos I.

В типичной ионосфере, где Ър = Ея, свойства гиротропной моды меняются

принципиальным образом - волновой режим распространения сменяется на диффузионный. В приближении тонкой ионосферы из бесконечного дискретного спектра горизонтальных волновых чисел /сп остается только мода с

k = ico! 2VC или о = - 2iVc | к | (4)

где Vc = 1 / jU02c - ионосферная "каулинговская" скорость, которая определяется

комбинацией интегральных ионосферных проводимостей Ес = Ер + / Ър .

Дисперсионное соотношение (4) для поверхностной гиротропной волны в среде с анизотропной проводимостью показывает, что ее распространение вдоль ионосферной пленки имеет диффузионный характер. В дневной ионосфере кажущаяся скорость распространения a/k~-i2Vc, а длина затухания

— 2VC /о. По сравнению со скин-эффектом, гиротропная мода, возбуждаемая экваториальным электроджетом, способна переносить УНЧ возмущения на значительно большие расстояния ~ ~ 10' км и с большей скоростью Ус -30 км/с.

В 2.1 рассмотрена задача о возбуждении магнитной моды в атмосфере падающей альвеновской волной с учетом индукционных эффектов а ионосфере и конечной проводимости земной коры. Аналитические оценки и численные расчеты с помощью аналитико-численной модели прохождения альвеновской волны б резонансной области через тонкую ионосферу, описанной в 1,3, показывают, что при прохождении через ионосферу пространственный резонансный пик смещается вдоль меридиана к погтосу и. амппитудно-фазовая структура поля искажается за счет возбуждения ионосферной моды падающей альвеновской волной (рис,7).

Там же рассмотрено влияние этого эффекта на различные наземные методы определения резонансных магнитосферных частот. Численные расчеты проведены для условий, характерных для средних и низких широт. Наиболее заметным образом эффекты искажения пространственной структуры поля проявляются для высоких резонансных частот и при высокой проводимости ионосферы. С физической точки зрения, эти искажения вызваны двумя причинами; (а) возбуждением поверхностной моды, диффузионно распространяющейся вдоль ионосферы, (Ь) конечной проводимостью Земли. Относительная роль возбуждения поверхностной ионосферной волны растет с увеличением ионосферной проводимости и частоты падающей альвеновской волны. Конверсия части энергии падающей волны в ионосферную моду приводит к асимметрии амплитуд наземных сигналов в южном и северном полушариях под несимметричными сопряженными ионосферами, и может быть представлен как экранирование (shielding) УНЧ волн высокопроводящей ионосферой (не путать с широко известным геометрическим эффектом ослабления (screening) мелкомасштабных пространственных гармоник).

Среди обширного числа УНЧ явлений особое внимание уделяется изучению явлений, связанных с приходом межпланетной ударной волны перед началом

магнитной бури - SC (storm commencement). Импульсное воздействие, каким является SC, служит удобным зондирующим сигналом для изучения отклика магнитосферы. Несмотря на кажущуюся простоту такого воздействия, комплекс УНЧ волновых явлений, стимулированных SC, оказывается удивительно многообразным. Несмотря на длительную историю исследования SC, далеко не все аспекты сопутствующих волновых явлений окончательно установлены. Согласно феноменологической модели SC, наблюдаемое магнитное возмущение представляет собой суперпозицию ступенчатого увеличения геомагнитного поля, вызванного поджатием магнитосферы, предварительного обратного импульса PI и последующего основного импульса MI Природа М) к настоящему времени надежно идентифицирована как результат распространения БМЗ импульса вглубь магнитосферы. В то же время, механизм PI остается невыясненным: в 3.3 показано, что ни одна из существующих моделей PI не описывает адекватно это явление. Резкое возмущение магнитопаузы при SC вызывает возбуждение не только БМЗ, но и апьвеновской волны, поэтому естественно предположить, что альвеновский импульс и является причиной PI на высоких широтах. Однако вопрос о распространении PI на средние и низкие широты остался открытым. Kikuchi and Araki предположили, что PI импульс распространяется в волноводе Земля-ионосфера в виде электрической ТНо моды, которая не имеет частоты отсечки, распространяется со скоростью близкой к скорости света, и слабо затухает. Эта модель применялась для интерпретации кажущегося мгновенного распространения PI и получила широкую популярность. В 2.3, исходя из теории электромагнитных мод волновода Земля-ионосфера, получено соотношение для возмущения вертикальной компоненты атмосферного электрического поля ДЕг, которое показывает, что для типичных PI сопутствующее AEz должно быть не менее градиента атмосферного потенциала (-ЮЧО3 В/м). Специализированный эксперимент по синхронной регистрации вариаций геомагнитного поля и атмосферного электричества с хорошим временным, разрешением не обнаружил возмущений Ez с величиной более первых В/м в момент PI, что опровергает теорию PI как ТНо моды. Кажущаяся сверх-апьвеновская скорость распространения сигнала между магнитными станциями может быть связана с рефракцией фронта МГД возмущения в неоднородной магнитосфере.

Глава 3. УНЧ ВОЛНЫ В ОБЛАСТИ ПОГРАНИЧНЫХ СЛОЕВ МАГНИТОСФЕРЫ

Высокие геомагнитные широты имеют особое значение для космической геофизики, т.к. в силу особенностей топологии околоземного матитного поля они геомагнитно сопряжены с пограничными областями магнитосферы, где происходят основные процессы взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли. Это взаимодействие имеет нестационарный и турбулентный характер. Существование естественных МГД резонаторов и волноводов в околоземной плазме приводит к квазипериодическому отклику на внешнее воздействие, поэтому УНЧ волны на высоких широтах оказываются индикатором такого взаимодействия.

Пульсации частотного диапазона РсЗ - наиболее распространенный тип УНЧ волн в околоземном пространстве. Их первичным источником является турбулентная область перед квазипараллельным участком магнитосферной отошедшей ударной волны, которая образуется благодаря кинетической ионно-цштотронной неустойчивости протонов, отражающихся от фронта ударной волны, Условия возникновения и частота возбуждаемых волн определяются величиной и ориентацией ММП Широкополосные возмущения, проникающие в магнитосферу из переходной области (magnetosheathj в районе магнитосферного экватора, могут возбуждать альвеновские колебания силовых линий. Эта резонансная трансформация, как показано в 1.1, действует как природный полосовой фильтр, который и дает на выходе узкополосные сигналы, регистрируемые на Земле.

Интенсивная УНЧ волновая активность существует также на высоких широтах в околопопуденные часы. Эта волновая активность приурочена к ионосферной проекции дневных пограничных слоев магнитосферы, хотя более точно идентифицировать положение источника еще не удалось. В дальнейшем для краткости эту область мы будем понимать как касп а обобщенном смысле. В области каспа происходит значительное увеличение интенсивности волновой активности в широком диапазоне частот, но наиболее значительное усиление по сравнению с фоновым уровнем происходит в номинальном диапазоне 20-100 мГц. Волновая активность в этом диапазоне включает в себя длительные широкополосные

пульсации типа РИ и узкополосные волновые пакеты РсЗ, обусловленные, по-видимому, разными механизмами генерации. Широкополосные РИ излучения тесно связаны с высыпающимися электронами в области каспа, и по-видимому вызваны флуктуациями их потоков, хотя природа взаимосвязей между УНЧ активностью и осциллирующими потоками частиц окончательно не выяснена. Наличие узкополосных РсЗ сигналов на широтах каспа подразумевает наличие некого естественного механизма частотной фильтрации и усиления шумов переходной области в этой области. Однако, на широтах каспа MAP вряд ли может оказаться столь же эффективным для формирования узкополосной спектральной структуры РсЗ пульсаций как на средних широтах. Замкнутые силовые линии вблизи экваториальной границы каспа имеют фундаментальный период Тд~5-10 мин, т.о. РсЗ пульсации должны были быть гармониками стоячих альвеновских колебаний с номерами rr 10-20. Возбуждение таких гармоник в реальной диссипативной магнитосфере представляется маловероятным. Кроме того, моделирование траекторий БМЗ волн в реалистичной

23

¡К с\ м 8

z в, t" t I

4 I ■ 1д

м 1

модели магнитосферы показало, что магнитозвуковые возмущения РсЗ диапазона, проникающие из переходной области, должны быть запертыми в районе высокоширотного каспа.

В 3.1 предложена альтернативная гипотеза о механизме естественной узкополосной фильтрации в области высокоширотного каспа. Предположено, что в этой области широкополосные БМЗ флуктуации могут трансформироваться в альвеновские волны, убегающие вдоль силовых линий к ионосфере. Теоретическая модель описывает генерацию апьвеновских волн БМЗ возмущением, распространяющимся в двумерно-неоднородной плазме с минимумом в распределении альвеновской скорости Va{z), и основывается на системе зацепленных уравнений для потенциалов БМЗ -ф и альвеновской ф мод в двумерно-неоднородной системе

dxLAdxq> -k2yLA<p= -ikygy/ (5)

ЗААУ -k)LMW= ikyS9

Здесь LA-d2Z2+ kA - альвеновский

оператор, LM = V* + д2а + кА

магнитозвуковой оператор, коэффициент

g = dxk2A{x,z) описывает зацепление

между модами из-за поперечной неоднородности альвеновской скорости. В отличие от локальной теории MAP в 1.1, которая описывает структуру поля только в окрестности резонансной оболочки, в 3.1 рассмотрен случай плавного профиля Уа(х) вдоль оси волновода, для которого удалось построить асимптотическую ВКБ теорию, в которой трансформация БМЗ моды в альвеновские колебания аналитически описана для всей системы. Область плазмы с пониженной Va(z) представляет собой, с одной стороны - волновод для БМЗ возмущений, а с другой - резонатор с полупрозрачными зеркалами для альвеновских волн (рис 8). Точное аналитическое решение для коэффициента трансформации удалось найти для упрощенной модели, в которой профиль Va(z) вдоль Во является ступенчатой функцией, а вариации параметров плазмы вдоль волновода плавные, но произвольные. Трансформация наиболее эффективна в резонансном случае, когда частота БМЗ моды близка к локальной частоте альвеновского квази-резонатора в каспе (рис.9). Таким образом, гидромагнитные турбулентные шумы из переходного слоя имеют возможность

СУ2оа

проникать через магнитопаузу и накапливаться в области геомагнитной воронки (внешний касп), где магнитное поле резко ослаблено. Резонансная конверсия захваченных шумов в убегающие альвеновские волны приводит к появлению узкополосных РсЗ сигналов на широтах каспа. Наблюдения показали, что разработанная модель наилучшим образом из всех предложенных механизмов интерпретирует селективное усиление турбулентности из переходной области в РсЗ диапазоне в области каспа.

Вариации геомагнитного поля с характерными периодами ~ нескольких десятков мин лежат на границе между УНЧ колебаниями и конвективными возмущениями. Распространяющиеся к полюсу квази-лериодические возмущения, регистрируемые

в Н и Z компонентах, сопровождающиеся авроральными активизациями и усилением риометрического поглощения, называют "poleward progressing ionospheric convection disturbances" [Clauer, Staunmg] Эти явления тесно связаны с вариациями By компоненты ММП, и интерпретировались как отклик на распространяющуюся к полюсу DPY токовую систему, которая усиливается благодаря

процессам пересоединения на дневной магнитопаузе С другой стороны, Большаковой,

Клейменовой, и др. дневные квази-периодические возмущения при Bz<0 на широтах каспа (75 0°-77.5°) рассматриваются как очень дпиннопериодные пульсации

наземными магнитометрами преимущественно

(Very Long Period) - наиболее низкочастотная часть спектра колебаний мзгнитосферных силовых линий. Сопоставление свойств VLP и "poleward progressing ionospheric disturbances" показывает, что обе группы исследователей фактически независимо исследовали одно и тоже явление. Чтобы классифицировать это явление в рамках существующей номенклатуры УНЧ колебаний, в 3.2 предложено именовать эти возмущения как Роруб пульсации. В 3.2 детально проанализировано типичное PopyS событие, и показано, что его интерпретация как осциллирующего ионосферного тока или собственных магнитосферных колебаний не дает адекватного объяснения свойств наземных вариаций.

Построена новая модель Роруб пульсаций, учитывающая волновой перенос возмущений из приэкваториальной магнитосферы в ионосферу. Связь между вариациями ММП и полярными вариациями поддерживается продольными токами, текущими вдоль пересоединившихся силовых линий межпланетного и геомагнитного полей. Качественно искажение фронта нестационарного возмущения продольного тока по мере распространения от вершины силовой пинии до ионосферы показано на рис.10. Сопоставление сданными межпланетного спутника Wind показало, что Pdpy6 пульсации представляют собой наземный отклик в области ионосферной проекции дневных пограничных слоев на крупномасштабные альвеновские волны в солнечном ветре. При благоприятной ориентации ММП, когда происходит частичное пересоединение геомагнитного и межпланетного полей, малые квази-п ери одические вариации ММП (8у-10нТ) стимулируют наземные возмущения на полтора порядка большей амплитуды (Н-400нТ). Пространственно-временная структура наземного возмущения рассчитана с помощью численной модели "волны включения" ионосферных токов (рис.11). В основе модели лежит предположение, что наблюдаемые временные задержки связаны не с фактическим движением тока 8доль ионосферы, а с пространственной зависимостью альвеновского пролетного времени от экваториальной плоскости до ионосферы. Расчеты показали хорошее согласие модельных сигналов с наблюдаемыми PqpyG пульсациями, в частности хорошо видны: отличие кажущейся фазовой скорости вдоль земной поверхности от скорости распространения возмущения вдоль ионосферы, различные положение максимумов, темпы спадания амплитуды и фазовые задержки для Н и Z компонент.

Nrightstde Magnetos.

Fast Wave

В космической плазме повсеместно встречаются МГД волноводы, образуемые областями с повышенной плотностью плазмы, способные накапливать и удерживать гидромагнитные возмущения. Одним из таких образований является плазменный слой хвоста магнитосферы Земли, который служит волноводом для магнитозвуковых мод, обеспечивая их распространение к Земле с незначительным затуханием вдоль слоя. Наличие резкой неоднородности \/а(х) вдоль оси волновода на внутренней границе плазменного слоя может привести к излучению локализованных альвеновских волн вдоль магнитных силовых линий (рис.12). Для оценки эффективности конверсионного механизма уже нельзя воспользоваться одномерной моделью (типа [5ои//?шосф, значительно упрощающей теоретическое рассмотрение. В 3.3 в двумерно-неоднородной модели рассмотрена трансформация вопноводных БМЗ мод в альвеновские волны поверхностного типа при резком изменении параметров волновода в направлении его оси. Эффективность трансформации растает с увеличением параметра к^ (I - толщина слоя, ку - волновое число в направлении утро-вечер) и достигает максимума при значениях, соответствующих приближению к частоте отсечки волноводной моды. Коэффициент трансформации имеет резкую частотную зависимость (рис.13), что обеспечивает фильтрацию вытекающих альвеновских возмущений по частоте. Величина коэффициента трансформации для слабого скачка достигает -5%, и должна быть значительно выше для реального сильного скачка \/а(х).

Ь

Исходя из рассмотренной модели предложен сценарий, по которому возмущения из дальнего хвоста сначала распространяются к Земле в плазменном слое, а затем частично трансформируются на его внутренней кромке в альвеновские волны, уносящие энергию возмущений к ионосфере. Такие сигналы должны наблюдаться на экваториальной границе аврорального овала Проведенное рассмотрение позволило построить исчерпывающую картину возможных волновых связей между импульсными и волновыми процессами в хвосте магнитосферы и откликом высокоширотной ионосферы.

Глава 4. ВОЛНОВЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ СТРУКТУРЫ В ОБЛАСТИ АВРОРАЛЬНОГО УСКОРЕНИЯ ЧАСТИЦ

Суббуря представляет собой глобальную неустойчивость магнитосферы, приводящую к замыканию части магнитосферных продольных токов через

ионосферу. Непременной частью взрывной фазы суббури является всплеск широкополосных Pi1B пульсаций. С другой стороны, в дневной высокоширотной магнитосфере интенсивные характерны для локализованных возмущений -

конвективных холловских вихрей (Travelling Convection Vortices), проявляющихся на магнитных записях как импульсные магнитные события (Magnetic Impulsive Events). MIE/TCV являются реакцией магнитосферы на резкие неоднородности и скачки давления в солнечном ветре или импульсное пересоединение на магнитопаузе. В большинстве случаев TCV/MIE сопровождаются высокочастотными всплесками в диапазоне периодов 3-20 сек, которые были идентифицированы как Рс1-2 или Pi1. Несмотря на внешнее различие наблюдавшихся пульсаций в дневном каспе и в ночной авроральной области, наблюдения показывают наличие общего физического эффекта: локализованные магнитные возмущения обладают тонкой волновой структурой - всплеском высокочастотных колебаний. В 4.1 предложен возможный сценарий формирования магнитных флуктуаций в частотной полосе Pi1 в период усиления продольных токов в магнитосфере.

Модельные оценки показывают, что при этих явлениях достигают величин, достаточных для возбуждения высокочастотных плазменных неустойчивостей, что, в свою очередь, приводит к появлению аномальных проводимости сг* и продольного

электрического поля В 4.1 критически проанализированы существующие

представления и предложен новый механизм, согласно которому флуктуации вызываются спонтанной генерацией квази-периодических вариаций ускоренных частиц в результате перехода режима с аномальным сопротивлением в осцилляторную фазу. Анализ систем уравнений слабой турбулентности показал, что эволюция ионно-звуковой неустойчивости приводит не к квазистационарному состоянию, а к периодическим осцилляциям вблизи уровня насыщения - росту и срыву неустойчивости из-за быстрого нагрева электронов. Соответствующие

вариации сг^ и Е* создают пульсирующее высыпание электронов и приводят к

генерации магнитных шумов в Pi1 диапазоне. Предложенный механизм дает естественное объяснение наблюдаемой взаимосвязи между локализованными магнитными возмущениями (например, при суббурях или TCV/MIE), электронными высыпаниями и всплесками высокочастотных УНЧ шумов.

Важной особенностью системы магнитосфера-ионосфера на авроральных широтах является наличие области ускорения авроральных частиц (Auroral Acceleration Region) - области со значительным падением электрического потенциала вдоль силовых линий (рис.14). AAR ответственна за ускорение электронов, приводящее к возбуждению аврорального свечения. В тепловой плазме в магнитной ловушке широко распространенное представление об эквипотенциальное™ геомагнитных силовых линий может нарушаться. Значительное нерезистивное падение потециала вдоль сипоаых линий может создаваться пробочным (mirror) механизмом. 8 кинетической теории удается рассчитать самосогласованную стационарную функцию распределения частиц вдоль силовой трубки с распределением потенциала Ф(л) и

продольного тока j{l [Knight], В общем случае, J\{ является функционалом от Ф(.у),

однако в широком диапазоне значений потенциала оказывается справедливым линейное нелокальное соотношение между вытекающим из ионосферы током и падением потенциала ДФ

ДФ = Qj\ ИЛИ jt = К ДФ (6)

где К = О1 - продольная "проводимость" силовой трубки (К ~ Ne1 / тщ). Расчеты

и спутниковые измерения показали, что AAR сконцентрировано в узком, по сравнению с длиной альвеновской волны, по высоте слое. Возникновение продольной разности потенциала является кинетическим эффектом и его корректное описание в рамках МГД приближения, строго говоря, невозможно. В 4.2-4.4 использован гибридный

подход, при котором полагается, что в рамках МГД приближения внутри AAR на альвеновских временах существует нелокальная вольт-амперная характеристика (6) между _/" и АФ , вытекающая из кинетического рассмотрения.

В 4.2 рассмотрены свойства альвеновских колебаний, возбуждаемых при постоянной внешней накачке в MAP со слоем с падением потенциала (AAR). Использована многослойная электродинамическая модель авроральной верхней ионосферы, включающая Е-слой ионосферы, AAR, полость между AAR и нижней ионосферой, и магнитосферу над AAR. Ключевым параметром, характеризующим взаимодействие магнитосферной альвеновской волны с областью с пробочным (mirror) сопротивлением, оказалась введенная нами альвеновская резистивная длина

ЛА =^jQZA , определяемая величиной падения потенциала и альвеновской

скоростью над слоем.

Накачка волновой энергии в MAP вызывает рост амплитуды альвеновских колебаний и уменьшение пространственной ширины резонансного пика. В стационарном состоянии этот рост ограничивается на некотором уровне, определяемом доминирующим механизмом диссипации. Если диссипативная

альвеновская длина Л, относительно мала, так что

ЛА«1А

(где масштаб

1А = (2аЛА /яп} ), то ширина л-ой гармоники резонанса 8п и ее добротность £ЭАп определяются преимущественно ионосферной проводимостью и слабо зависят от величины пробочного сопротивления

S.

2 а

пп

V^y

as?

ЯП

^Aj

В обратном случае больших ЛА, когда ЛА~»1А,

доминирующим механизмом

диссипации являются потери в AAR, при этом

qa„ g

(

а

n.2/3

К'"A J

Результаты численных расчетов добротности Qa (рис.15) показывают, что эти приближенные соотношения (пунктир) хорошо согласуются с точным решением (сплошная линия) исходных уравнений в рамках соответствующих аппроксимаций. Малые значения продольного сопротивления Q соответствуют преобладающей ионосферной диссипации, а большие Q - затуханию в AAR. Граница между этими

двумя режимами (ЛА / а)2 = 10"3 соответствует значениям СМ .6 Ю8Ом м2.

Quality factor of the magnetospheric Alfven resonator with AAR

Обычно в качестве доминирующего механизма диссипации, ограничивающего рост и сужение резонансного пика, рассматривают джоулеву диссипацию в ионосфере, дисперсионный вынос колебаний и нелинейные эффекты. Оценки показывают, что при наличии AAR с продольным сопротивлением уже сравнительно небольшой величины ~Ю70мм2, пробочное затухание может преобладать над остальными эффектами. Обнаружение декрементов затухания импульсных Pi2 пульсаций, превышающих значения, даваемые ионосферной диссипацией, свидетельствовало бы о наличии дополнительных источников диссипации в авроральной области, в частности - связанного с AAR. Ранние работы по изучению Pi2 пульсаций во время суббурь действительно выявили, что декремент их затухания увеличивается при амплитудах сопутствующей магнитной бухты более 100 нТ.

В 4.3 показано, что AAR может эффективно отражать и поглощать мелкомасштабные альвеновские волны. В результате, в полости между нижней кромкой AAR и Е-слоем ионосферы может образоваться резонатор для альвеновских волн. Этот резонатор может удерживать и накапливать мелкомасштабные альвеновские структуры в верхней ионосфере, и приводить к формированию тонкой структуры спектра УНЧ излучений в частотной области около 0.1 Гц Спектральные свойства резонатора определяются отражением альвеновских волн от AAR и ионосферы. В случае «оптически тонкого» AAR входной импеданс системы AAR +

магнитосфера ZRQ удается свести к простому виду ZRQ - Eg + ZM, где £q = Z ш )2 может быть названа интегральным сопротивлением тонкого

AAR. В этом случае выражение для коэффициента отражения альвеновских волн от верхней кромки резонансной полости упрощается, что позволяет аналитически рассчитать собственные частоты (Оп, декремент затухания уп и добротность л-ой гармоники резонатора

Здесь й)А - tcVar / dR - характерная частота резонатора, dR - расстояние между

Е-споем и нижней кромкой AAR, ос = arg (RjRrq) - набег фазы при отражении.

Рассчитанные по соотношениям тонкого AAR значения параметров резонатора (рис.16) в зависимости от нормированного поперечного волнового числа к±ЛА для

случаев низкой (Е^/£,,=0.1, пунктир), высокой (10, штрих), и "бесконечной" (100, сплошная линия) проводимостей показывают, что собственная частота резонатора над авроральной ионосферой сох — соА11 на всех масштабах вплоть до кхЛА -10.

Это значение соответствует четверть-волновой моде (л=1, а=я) с пучностью магнитного поля в Е-слое и узлом на нижней кромке AAR. Добротность резонатора, определяемая в основном отражением от AAR, монотонно растет с уменьшением

поперечного масштаба, достигая при kLÄA= 10 значений ~8 для ЕР/Е^=10. Для

AAR конечной толщины спектральные свойства резонатора могут быть рассчитаны только численно из дисперсионного уравнения с точными соотношениями для коэффициентов отражения R\ и Rrq. Для резонатора под AAR конечной толщины а>п несколько изменяются по сравнению с тонким AAR, но для мелко-масштабных возмущений к±ЛА >2 ширина AAR не оказывает сильного влияния на спектральные

характеристики резонатора. В реальной ионосфере размытость границ AAR приведет к некоторому ухудшению резонансных свойств. Тем не менее, оцененное значение добротности Qa-8-12 имеет достаточно большой запас, чтобы можно было ожидать проявления резонансных свойств ионосферной полости под AAR

1 2г 10-

X

0402 -oot

102г

10

10

10

10'

10

16

Неотъемлемым элементом суббури и авроральной активности являются излучения типа РИ. Тесная связь между РИ пульсациями, уярчением полярных сияний, и усилением ионосферных токов указывает, что механизм генерации этих излучений должен быть связан с областью высыпания авроральных электронов. РИ излучения, хотя и иррегулярны, преимущественно имеют ограниченный по частоте спектр вблизи 0.1 Гц, что указывает на то, что эти излучения вызваны не просто стохастическими вариациями потоков высыпающихся электронов, а возникают в результате некого естественного процесса полосовой фильтрации. В этом частотном диапазоне процесс фильтрации не может быть вызван ни наличием MAP, характерные периоды которого на авроральных широтах порядка нескольких минут, ни ИАР, основная частота которого -1 Гц, а естественно объясняется с помощью представлений об авроральном резонаторе. Динамический спектральный анализ данных наземных магнитометров выявил наличие тонкой спектральной структуры РИ излучений в предсказываемом частотном диапазоне. Модель AAR-резонатора позволяет также понять, почему наблюдаемые на спутниках мелкомасштабные альвеновские структуры в верхней ионосфере не убегают вдоль геомагнитных силовых линий в магнитосферу.

Динамика УНЧ волн в земной магнитосфере тесно связана с динамикой частиц Магнитосферные УНЧ волны могут эффективно модулировать распределение частиц вблизи магнитосферного экватора, что может приводить к модулированному высыпанию в ионосферу и проявляться в квазипериодическом вариациях риометрического поглощения и авроральной светимости. Большей частью современные представления о модуляции электронного высыпания УНЧ волнами основываются на механизме Coroniti & Kennel, согласно которому компонента сжатия магнитного поля Ьп волны модулирует величину инкремента электронно-

циклотронной неустойчивости, которая вызывает питч-угловую диффузию электронов в конус потерь. При этом из-за различия характерных скоростей волн и электронов должен возникать временной сдвиг (до нескольких минут) между магнитными и риометрическими вариациями. Однако, зачастую электронные высыпания, модулированные УНЧ волнами, не сопровождаются Ьц или фоновыми электронно-

циклотронными шумами. Анализ синхронных риометрических и магнитных данных показывает, что не более 1/3 из Рс4-5 событий согласуются с предсказаниями модели Coroniti and Kennel, а в остальных матитные и риометрические возмущения практически одновременны. Дисперсионные альвеновские структуры, обладающие собственным продольным электрическим полем Ец, также могут эффективно

ускорять авроральные электроны и приводить к их высыпанию. Однако Еп достигают

заметной величины только в дисперсионных альвеновских волнах с очень малыми поперечными масштабами, сравнимыми с дисперсионным радиусом. Таким образом, необходимо исследование других возможных механизмов модуляции.

Таким механизмом, описанным в 4.4, может быть модуляция продольного падения потенциала альвеновскими волнами, падающими из магнитосферы на AAR. Оценка

эффективности этого механизма потребовала расчета взаимодействия апьвеновской волны с многослойной системой ионосфера - магнитосфера, включающей AAR и авроральный резонатор. Детальные аналитические расчеты удается провести в приближении тонкого AAR. Предложенный новый механизм модуляции аврорапьного ускорения позволяет объяснить появление тонких спектральных особенностей магнитных и риометрических возмущений во время авроральных активизаций.

Нестационарные магнитосферные процессы, такие как суббури, связаны с большими потоками энергии из плазменного слоя и хвоста магнитосферы. В последние годы были получены первые свидетельства в пользу существенной роли волнового механизма переноса электромагнитной энергии в авроральную ионосферу, основанные на данных наблюдений спутника Polar. Таким образом, дополнительная энергия для интенсификации авроральных дуг может поступать через волновой канал. Однако, чтобы иметь физическое обоснование этой гипотезы необходимо количественно оценить степень возможной передачи энергии волны ускоряемым электронам. Эта проблема решена в 4.5, где оценены мощности, диссипируемые в ионосфере и идущие на ускорение электронов при взаимодействии апьвеновской волны с AAR.

Энергия апьвеновской волны Sq, поглощаемая в AAR и идущая на дополнительное ускорение авроральных электронов

SQ = ^Re (./'AO') ^ll + ^JI2^'

весьма чувствительна к поперечному размеру возмущений. Крупномасштабные

альвеновские волны (kL —»0) практически не взаимодействуют с AAR, и

следовательно не передают энергии на ускорение электронов (Sq->0). В свою

очередь мелкомасштабные волны (к± »1) отражаются и не проникают в AAR.

Только волны с промежуточными поперечными масштабами эффективно передают энергию авроральным электронам. Потери альвеновской энергии внутри AAR

максимальны при к]_ЯА= (1 + Е^/Ер)"1'2. Относительная доля волновых

потерь Г в AAR определяется отношением между энергией Jq, теряемой апьвеновскими волнами на ускорение электронов в AAR, и полным потоком энергии Jo, переносимым волнами

г_ J6_ ¡S^(x)dx = jg j 1 + R(kl) |2| Bff (kx) I2 d k±

J0 \S${x)dx ¡\B$(kx)Uk±

Пространственный спектр волнового всплеска с хорошей точностью может быть смоделирован степенной зависимостью в интервале от характерного волнового числа

/со до высокочастотного числа отсечки кн: \B<$(ki)fcc\\. + (kLlk0)1~\pl2.

Волновому числу отсечки ko=Va соответствует пространственный масштаб альвеновского волнового всплеска а. Результаты численных расчетов зависимости Г

от крутизны спектра р для различных значений безразмерного числа отсечки к0ЛА

(указаны рядом с кривыми на рис.17) показывают, что при к0ЛА<< 1 степень

поглощения Г мала, не более -10%. Когда же к0ЛА ~1, Г становится много выше, до -50% для оптимальных р~2-3.

Проведенное рассмотрение показывает, что вклад альвеновских волн в энергетический баланс AAR критически зависит от поперечного масштаба волн. Наиболее эффективная трансформация альвеновской волновой энергии в энергию авроральных электронов происходит, когда наибольший поперечный масштаб волнового всплеска а порядка диссипативной альвеновской длины ЛА . Построенная

модель взаимодействия альвеновских волн с авроральной ионосферой закладывает физическую основу под гипотезу о волновой активизации авроральных дуг, и хорошо согласуется со спутниковыми наблюдениями.

Глава V. РЕЗОНАНСНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ УНЧ ВОЛН ЧАСТИЦАМИ КОЛЬЦЕВОГО ТОКА

Волновые возмущения в околоземном пространстве могут возбуждаться не только при воздействии потока солнечного ветра на магнитосферу Земли, но и в результате спонтанной генерации в неравновесной плазме. Основные источники свободной энергии для роста плазменных неустойчивостей - резкие неоднородности плотности энергичных протонов кольцевого тока и их немонотонное распределение по скоростям (bump-on-ta¡l). Неоднородность плазмы может приводить к росту дрейфовых неустойчивостей при условии, что ларморовская дрейфововая частота

плазмы превышает собственную частоту колебаний плазмы со <со'.

Хотя теория дрейфовых неустойчивостей, вызываемых неоднородностями горячей плазмы, активно развивается в физике плазмы, интерпретация наблюдений волн в магнитосферной плазме потребовала разработки новых теоретических моделей, описываемых в Гл.5, учитывающих характерные особенности магнитосферной плазмы: конечное давление плазмы, сопоставимое с давлением магнитного поля (/?х -1); многокомпонентное^ плазмы - наличие холодных и горячих частиц; анизотропия А = Т± /Ц -1 продольной и поперечной температур

Обнаруженные неустойчивости оказались новыми не только для космической геофизики, но и для физики плазмы в целом.

В 5.1 используя общий теоретический подход (Михайловский, Похотелов), исследована устойчивость неоднородной анизотропной плазмы конечного давления относительно раскачки низкочастотных колебаний при резонансном взаимодействии волн с энергичными частицами Компоненты тензора диэлектрической проницаемости плазмы £у рассчитаны интегрированием по траекториям частиц возмущенной

функции распределения. Содержащиеся в е "резонансные" знаменатели вида

(со — к^ — куУв) обусловлены резонансом между волной и частицами,

осциллирующими вдоль Во и дрейфующих поперек силовых линий со скоростью магнитного дрейфа Уо. Это резонансное взаимодействие волна-частица и является механизмом возбуждения рассматриваемых кинетических неустойчивостей. Даже небольшая добавка фоновых холодных электронов "закорачивает" продольную компоненту электрического поля возмущений Е^. Исследование устойчивости

низкочастотных (со О,) колебаний сводится к исследованию комплексных собственных значений системы уравнений

N -

¥а

s, V,„ Л

"11 J,|| 12 4^21 £гг ~ N у

О

Зацепление различных мод поперечно-мелкомасштабных колебаний определяется эффектами конечного ларморовского радиуса р. Возмущения с поперечными

длинами волн, большими ларморовского радиуса, т.е. (kLpf <<1, в плазме конечного давления распадаются на независимые колебания - альвеновскую волну и моду магнитозвукового типа , •

Потенциал ц/А (ос ) характеризует сжимаемую альвеновскую волну (compressional Alfven wave), являющуюся обобщением представления об

36

альвеновских волнах для плазмы конечного давления. Сжимаемые альвеновские волны канализируются вдоль внешнего магнитного поля, но при этом обладают

конечной продольной магнитной компонентой В{1. Альвеновская мода с частотой

OJ — k]]VA +0(а') может раскачиваться при дрейфовой неустойчивости, но с малым инкрементом.

Потенциал ц/м (сс р + /4п) характеризует моду магнитозвукового типа. Эта мода возбуждается при дрейфово-зеркальной (ДЗ) неустойчивости, когда порог А = А - [i'l > 0 {Hasegawa). Частота колебаний определяется не размерами

MAP, а локальными свойствами плазмы со-со*.

Низкочастотные колебания Рс5 диапазона являются неотъемлемым элементом магнитной бури и тесно связаны с инжекцией энергичных протонов кольцевого тока во внутреннюю магнитосферу. Анализ свойств буревых Рс5 волн в 5.2-5.3 по данным синхронных измерений электрических и магнитных полей вблизи вершины силовой линии на геостационарном спутнике GEOS-2 и их ионосферной проекции по наблюдениям на наземной радарной установке STARE. По данным STARE буревые Рс5 колебания распространяются в азимутальном направлении с поперечной длиной волны, соответствующей азимутальным волновым числам т = ky(LRE) ~ 40-60.

Поляризация колебаний и конечные значения параметра (kLp)2 ~ 0.1 указывают

на то, что наблюдаемые колебания нельзя интерпретировать как расцепленную альвеновскую или ДЗ моду.

Исследование устойчивости магнитосферной плазмы относительно возбуждения длинноволновых возмущений дало следующую картину. В 5.2 показано, что на резкой внутренней кромке кольцевого тока, когда радиус кривизны геомагнитного поля R велик по сравнению с размером неоднородности а горячей компоненты плазмы, так

что J3x(kxp)2 > а!R , возможно возбуждение дрейфово-анизотропной (ДА) неустойчивости. Специфической особенностью неустойчивости является зацепление сжимаемых альвеновских волн и ДЗ моды в области синхронизации, возникающее при значениях параметра А «1.

Lo

Теоретически предсказанная неустойчивость имеет значительно больший инкремент нарастания по сравнению с ранее известными дрейфовыми неустойчивостями альвеновских волн

Анализ Рс5 пульсаций, зарегистрированных на GEOS-2 и STARE, показал хорошее согласие наблюдаемых свойств колебаний с выводами теории. Колебания данного типа представляют собой фундаментальную моду стоячей сжимаемой

альвеновской волны (рис.18), раскачиваемой ДА

неустойчивостью внутренней кромки кольцевого тока. Возбуждаемые колебания распространяются в

долготном направлении с востока на запад со скоростью ларморовского дрейфа плазмы, - первых км/с. Для теоретической интерпретации механизма возбуждения данных колебаний неоднократно делались попытки применить теорию дрейфовых неустойчивостей энергичных протонов кольцевого тока. Однако предшествующие теории не могли объяснить направление распространения волны, ее поляризацию, и поперечный масштаб колебаний. Отмеченные трудности находят разрешение в рамках предложенной теории ДА неустойчивости.

Вблизи максимума в радиальном распределении частиц кольцевого тока, когда справедливо обратное соотношение fi±(k±p)2 <a/R, возбуждается модифицированная кривизной дрейфовая апьвеновская неустойчивость (раздел 5.3). В этом случае зацепление между модами обеспечивается кривизной геомагнитного поля и анизотропией плазмы. Модифицированная апьвеновская неустойчивость имеет более низкий порог возбуждения по анизотропии энергичной компоненты по сравнению с ДА неустойчивостью. Детальный анализ данных магнитометра и спектрометра частиц геостационарного спутника GEOS-2 показал, что свойства УНЧ колебаний магнитного поля и потоков протонов кольцевого тока в восстановительную фазу магнитных бурь хорошо согласуются с теоретическими предсказаниями.

В том случае, когда инжекция горячей плазмы происходит настолько быстро, что ДА неустойчивости не успевают развиться, возникает условие для возбуждения волн магнитозвукового типа (раздел 5.4). Характерные особенности плазмы кольцевого тока - конечное давление (3-1, анизотропия температур Т±>Т^, и резкие

радиальные градиенты, создают благоприятные условия для развития ДЗ неустойчивости. Прямые спутниковые измерения "глобальных Рс5", названных так из-за своей стабильности и длительности, доходящей до десятков часов, указывают на их малый продольный масштаб локализации в приэкваториальной плоскости

ДрсйроВо -анизотропна!

ДрейфоЯо-¡еркальиая

Дрш/роНа* аяьИшккая

___1_

А

I

А

-/

1 А

19

магнитосферы таким образом, что к2 » со 1УА. Этот факт заведомо исключает из

рассмотрения альвеновские волны, и детально исследованная ранее физика неустойчивостей альвеновских волн, которая получила убедительное экспериментальное подтверждение при наблюдениях других УНЧ колебаний, оказывается неприменимой к интерпретации глобальных Рс5. Выход из создавшейся ситуации найден в , 5.4 теорией модифицированной ДЗ неустойчивости, развивающейся при увеличенной кривизне геомагнитного поля и высоких анизотропных плотностях потоков энергичных частиц. Порог возбуждения этой неустойчивости оказался ниже, чем у традиционной ДЗ неустойчивости

Ае#=Д + 0

п

N

Аи,

\2

Ясо

а у

Прямые спутниковые измерения показывают, что общая геофизическая ситуация в моменты возбуждения глобальных Рсб волн благоприятствует развитию модифицированной ДЗ неустойчивости.

Возбуждение частицами квазимонохроматических Рсб колебаний имеет место в фазу восстановления магнитной бури, когда неравновесные распределения горячих протонов медленно релаксируют к термодинамически устойчивому состоянию под действием кинетических дрейфовых неустойчивостей. В начальную фазу бури интенсивная инжекция энергичных протонов и электронов может сопровождаться нерезонансной генерацией интенсивных иррегулярных возмущений типа (раздел 5.5) Эта генерация создает надтепловой уровень флуктуации, из которого затем могут развиваться интенсивные гармонические колебания при кинетических неустойчивостях. Проведенный в главе 5 цикл исследований привел к построению полной картины возможных механизмов возбуждения УНЧ колебаний в периоды магнитных бурь, когда резко усиливается интенсивность потоков частиц радиационных поясов Земли. Схематично возможная картина развития дрейфовых неустойчивостей в неоднородной анизотропной плазме показана на рис.19.

Одна из наиболее актуальных идей современной космической геофизики -возможность ускорения энергичных магнитосферных электронов до релятивистских энергий во время магнитных бурь УНЧ волнами. Эти волны, предположительно, играют в бесстолкновительной плазме роль промежуточного агента, передающего энергию от солнечного ветра группе магнитосферных электронов. Поэтому основные параметры УНЧ волн, возбуждаемых при магнитных бурях, представляют исключительную важность для моделирования механизмов ускорения и диффузии электронов в магнитосфере. Источником крупномасштабных [т~ 1) Рс5 волн является поток солнечной плазмы, обтекающий фланги магнитосферы. Механизмы же возбуждения и свойства колебаний в номинальном Рс5 диапазоне во время магнитных бурь, вообще говоря, могут быть отличны от Рс5 в магнитоспокойное время. ,

В 5.5 исследуется общепланетарная структура магнитной активности, высыпаний энергичных частиц и колебаний диапазона Pc5-6/Pi3 (1.7-10 мГц) во время главной фазы бури 15.05.1997 с использованием глобальной сети магнитных и риометрических станций. Для визуализации азимутального распространения возмущений на суб-авроральных широтах разработана техника MLT-UT диаграмм. Эти диаграммы показали, что ионосферный западный электроджет во время бури резко усиливается в утреннем секторе, а восточный - в вечернем секторе. Интенсивная УНЧ активность во время бури наблюдается в двух областях: в ранние утренние часы и в вечернем секторе. В утреннем секторе усиление западной электроструи и УНЧ колебаний сопровождается усилением электронных высыпаний. Первая область возбуждения колебаний связана с инжекцией энергичных электронов, а вторая - с инжекцией протонов кольцевого тока. В 5.5 показано, что низкочастотные колебания во время главной фазы магнитной бури отличаются по своим физическим свойствам от обычных Рс5 волн. Предложен новый механизм возбуждения иррегулярных низкочастотных колебаний, обусловленный нерезонансным возбуждением дрейфующими энергичными частицами, а не потоком солнечного ветра. По результатам кросс-спектрального анализа поперечной структуры интенсивных широкополосных УНЧ волн по данным сети IMAGE, их азимутальный масштаб в вечернем секторе магнитосферы -500 км, что примерно на порядок меньше, чем требуется для выполнения условия резонанса с дрейфующими высокоэнергичными .электронами. Обнаруженные особенности Рс5 колебаний во время фазы роста бурь накладывают ограничения на возможность использования моделей дрейфового резонанса и ускорения электронов этими колебаниями.

В 5.6 выдвинуто предположение о возможности нового эффекта взаимодействия между геофизическими средами - радиальная диффузия и ускорение частиц внутреннего радиационного пояса, стимулированные интенсивными акустическими движениями в верхней атмосфере. Теоретическая модель показывает, что осцилляции магнитосферно-ионосферной токовой системы, вызванными периодическими, акустическими движениями, в результате резонансного периодического воздействия на захваченную радиацию на малых высотах приводят к образованию моноэнергетической группы ускоренных электронов. В целом, рассмотренный физический сценарий представляет собой по сути своеобразный

40

"геосинхротрон". Этот теоретический сценарий подтвердился обнаружением воздействия тайфунов на высыпания электронов. В последнее время "геосихротронный" механизм широко используют для интерпретации ускорения Рс5 пульсациями релятивистских электронов - "убийц" спутников во время магнитных бурь. В отличие от возмущений в номинальном Рс5 диапазоне во время главной фазы бури, Рс5 волны на фазе восстановления могут эффективно ускорять энергичные электроны до релятивистских энергий. Этот физический механизм лежит в основе волнового УНЧ индекса, предложенного в качестве нового параметра космической погоды.

Глава VI. ВОЗМУЩЕНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ИОНОСФЕРЫ АНТРОПОГЕННЫМИ, АТМОСФЕРНЫМИ И ЛИТОСФЕРНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ

Детальное знание морфологии и механизмов естественных вариаций геомагнитного поля, описанные в предыдущих главах, позволяют среди кажущегося хаоса возмущений выделить слабые аномальные сигналы, связанные с источниками не-магнитосферной природы, такими как:

- наземные химические и подземные ядерные взрывы, старты ракет;

- метеоявления (ураганы, тайфуны, грозы);

-деформации и трещинообразование земной коры при подготовке землетрясений. Эти процессы связаны с выделением большого количества энергии и затрагивают все геофизические оболочки (литосферу, атмосферу, ионосферу и магнитосферу) и физические поля Земли. Экспериментальные факты, свидетельствующие о взаимном влиянии между процессами, протекающими в различных геофизических средах, требуют рассмотрения геофизических оболочек как единой системы. В гл.6 дан краткий обзор работ автора по поиску эффектов в геомагнитном поле и ионосферной плазме от источников техногенной, метеорологической и сейсмической природы. Многие из этих работ оказались пионерскими, и в дальнейшем получили широкое развитие.

Многочисленные эксперименты по изучению динамического взаимодействия между атмосферой и ионосферой показали, что ионосфера может служить чувствительным индикатором естественных и антропогенных источников возмущений (рис.20). При допплеровском радиозондировании ионосферы выявлены импульсные и волновые возмущения, возбуждаемые такими мощными источниками инфразвука, как землетрясения, цунами, ядерные и промышленные взрывы, грозы и ураганы, работа ракетных двигателей. Данные наблюдений хорошо укладываются в простую физическую картину: акустическая волна, распространяющаяся вверх в атмосфере с экспоненциально спадающей плотностью, увеличивает свою относительную амплитуду, и на ионосферных высотах модулирует ионосферную плазму. Поэтому ионосферное зондирование позволяет обнаруживать следы инфразвуковых возмущений, которые в приземном слое практически неразличимы на фоне атмосферных шумов. Например, взрыв, как когерентный источник акустического

возмущения, должен вызвать больший аффект в ионосфере, чек некогерентный источник - землетрясение.

В этих экспериментах ионосферная плазма по существу играла роль пассивного экрана, В В.1 приводятся свидетельства существенной роли активного взаимодействия нейтральной и ионизированной компонент в динамике системы атмосфера-ионосфера.

20

6.1. Взрывы, метеоявления и запуски ракет

В этом разделе кратко описаны новые механизмы зозможнсго воздействия взрывов на ионосферу и геомагнитное поле и результаты поиска предполагаемых эффектов.

Акустическая волна взрыва, достигающая ионосферных высот, индуцирует горизонтальные токи в проводящем £-спсе ионосферы. Система ионосферных токоз оказывается незамкнутой и порождает продольные токи вдоль силовых линий геомагнитного поля на фронте акустического импульса, Теоретические оценки указывают на возможность высокой эффективности трансформации акустической волны в альвеновские возмущения, уходящие в магнитосферу вдоль геомагнитных силовых линий. На качественном уровне., можно представлять себе, что достигающие Е-слоя акустические возмущения приводят к генерации струй продольного тока на фронте ударной волны. Магнитный эффект такой локальной токовой системы, индуцированной акустическим воздействием, может быть значительным в магнитосфере, и с трудом различим на поверхности Земли. Предложенная модель позволяет объяснить появление магнитных импульсов на низкоорбитальном спутнике после наземных взрывов.

Акустическая волна взрыва, порождающая интенсивный импульс продольного тока, стимулирует генерацию в результате плазменной неустойчивости высокочастотной турбулентности в верхней ионосфере. Наиболее низким порогом

Алквеновскнй импульс

электромагнитных

Гнротропныс В0Л11М

ч.

ндукционный эффект сейсмических воли

ЕЬрык Чемлетрмсише

Электростали чсскаи турбулентность

обладает электростатическая ионно-циклотронная неустойчивость, приводящая к возбуждению колебаний с поперечными масштабами ~ р. На ионосферном спутнике эти мелкомасштабные колебания будут зарегистрированы в виде всплеска электростатических шумов на частотах ~200 Гц. Хотя пятно электростатических шумов будет медленно расплываться и ослабевать из-за амбиполярной диффузии, его время жизни оказывается больше, чем у альвеновского импульса. Рассмотренный сценарий подтвердился при наблюдениях ионосферных эффектов от подземных ядерных взрывов на спутнике ОЕ-2.

Возмущение верхней стенки волновода Земля-нижняя ионосфера акустической волной взрыва приводит к утечке вверх в магнитосферу электромагнитных шумов волновода. Утечка наиболее интенсивных из них - на частоте шумановского резонанса -8 Гц - может привести к усилению электромагнитных излучений этого диапазона на спутниковых высотах. Такие эффекты действительно зарегистрированы на спутнике 060-6 над местами взрывов.

Продукты сгорания от факела ракетного двигателя в нижних слоях ионосферы подобно снежному плугу сгребают плазму и генерируют интенсивные токи, а следовательно - и широкополосные гидромагнитные шумы. Часть этих шумов, с частотами более 1 Гц, захватывается в ионосферный магнитозвуковой волновод и распространяется на значительные расстояния от места старта. Такие возмущения наблюдались на сети индукционных магнитометров в Финляндии после запусков стратегических ракет на полигоне Плесецк.

6.2. Землетрясения

Сейсмоэлектромагнитные явления служат чувствительным индикатором процессов разрушения в литосфере и могут эффективно использоваться для разработки дополнительных несейсмических методов прогноза землетрясений [Гохберг, Гуфельд, Соболев, Молчанов, Сурков]. Частотно-зависимое ослабление электромагнитных возмущений в проводящей земной коре обусловливает два возможных диапазона наблюдений:

- ОНЧ излучения с частотами от сотен Гц до первых МГц, источники которого могут находиться в поверхностных слоях коры и, по-видимому, связаны с микрорастрескиванием породы;

- УНЧ возмущения с характерными частотами от млГц до Гц, источники которых возможно находятся в области очага готовящегося землетрясения.

В обоих частотных диапазонах были получены обнадеживающие результаты, указывающие на появление аномальных шумов и импульсов за часы-дни до отдельных сейсмических событий. Хотя эти излучения представляется весьма перспективными для разработки систем оперативного электромагнитного прогноза землетрясений, они еще недостаточно изучены и не имеют надежного физического обоснования. Предполагалось, что аномальные УНЧ шумы могут быть вызваны э/м излучением раскрывающихся трещин на заключительной стадии разрушения земной коры, индукционным эффектом акустического излучения трещин, или образованием крупномасштабной системы механо-электрических преобразователей вдоль будущего

разлома. Нами предложена модель "эллипсоидального включения", которая позволяет корректно обосновать тпотезу о том, что аномальные УНЧ шумы обусловлены нестационарным флуктуирующим течением поровой жидкости сквозь растрескивающуюся породу.

Зона подготовки сильного землетрясения может иметь характерные размеры порядка сотен и тысяч километров. Крупномасштабный характер возможных аномалий может помочь их обнаружению дистанционными наблюдениями за состоянием ионосферы Земли. По существу, ионосферу можно представлять как пленку легко-подвижной плазмы на удалении -100 км от земной поверхности, чутко реагирующую на крупномасштабные приземные возмущения даже небольшой амплитуды. При этом мелкомасштабные и некоррелированные флуктуации быстро ослабевают с высотой Непосредственным агентом переноса возмущений на ионосферные высоты могут быть квазистационарные электрические поля и акусто-гравитационные волны (АГВ). Характерная особенность АГВ - нарастание их амплитуды по мере распространения вверх в атмосферу с экспоненциально падающей плотностью. Кроме того, ионосферная плазма обладает собственной свободной энергией, поэтому даже сравнительно слабое внешнее воздействие может стимулировать каскад плазменных и электромагнитных процессов. Образующиеся при этом плазменные неоднородности и электромагнитные шумы могут быть зафиксированы низколетящими спутниками и наземными установками зондирования ионосферы.

В ходе работ по поиску сейсмо-ионосферных связей по данным индукционного магнитометра ионосферного спутника OGO-6, из пролетов в магнитоспокойное время в ночные часы над эпицентрами поверхностных землетрясений с М>5.5, в половине случаев за несколько часов до толчка наблюдался всплеск электромагнитных шумов с частотами -0.2-1 кГц.

Анализ данных наблюдений свечения ночного неба на обе. Абастумани привел к обнаружению ранее неизвестного природного явления - усиление свечения (до 30%) нижней ионосферы (зеленая кислородная эмиссия 5577 А0) за несколько часов перед близким землетрясением. Статистический анализ данных непрерывных наблюдений в периоды 180 местных слабых землетрясений подтвердил эффект усиления 5577А0 эмиссии - в среднем на (6±1)% за несколько часов до сейсмического толчка. Для интерпретации этого явления был предложен новый механизм литосферно-ионосферных связей: «сейсмический Тримпи-эффект» - резонансное рассеяние по питч-углам и высыпание в ионосферу энергичных электронов из магнитосферы под действием сравнительно слабого сейсмического ОНЧ излучения.

Последующие исследования неоднократно подтверждали существование сейсмо-ионосферных связей, обнаруженных в наших ранних работах. Сейсмо-ионосферные эффекты представляют собой один из примеров геофизических явлений, названных нами «террогенные эффекты в ионосфере», под которыми понимаются такие физические ситуации, когда ионосфера оказывается небезразличной к процессам вблизи земной поверхности и к свойствам земной коры.

Основные результаты работы

1. Дано обоснование основных принципов теории альвеновского резонанса для двумерно-неоднородных плазменных конфигураций. Построены численные модели магнитосферно-ионосферного альвеновского резонатора, прохождения резонансной волновой структуры через ионосферу к земной поверхности, и многокомпонентной структуры поля УНЧ колебаний над многослойной земной корой. Моделирование выявило искажение наземной пространственной структуры УНЧ волн, связанное с конверсией части энергии падающих альвеновских колебаний в ионосферную поверхностную волну.

2. Разработаны и апробированы новые методы наземного мониторинга плотности магнитосферной плазмы (модификация градиентного метода, поляризационные методы, метод годографа), основанные на теории резонансной трансформации МГД колебаний.

3. Выявлены специфические особенности низкоширотных пульсаций РсЗ: аномальная

зависимость резонансного периода от широты и резкое усиление диссипации по мере приближения к экваториальным широтам. Разработанная численная модель ионосферно-магнитосферного резонатора показывает, что обнаруженные эффекты вызваны "нагружением" силовых линий ионосферными ионами.

4. Теоретически рассчитано распространение вдоль Е-слоя ионосферы с малым наклонением геомагнитного поля гиротропной поверхностной волны, возбуждаемой вариациями экваториального электроджета.. Характерный масштаб затухания гиротропной волны намного превышает ионосферную скин-длину, а кажущаяся скорость распространения определяется интегральной каулинговской проводимостью приэкваториальной ионосферы.

5. Предсказано существование нового волнового явления в магнитосфере Земли: МГД волновода и резонатора в области высокоширотного каспа. Построена аналитическая модель, описывающая трансформацию волновой энергии волновода в убегающие альвеновские волны в 2-мерно неоднородной системе без отражающих торцов. Трансформация имеет резонансный по частоте характер, что может обеспечить формирование узкополосного спектра РсЗ пульсаций в области каспа из широкополосных шумов переходной области.

6. Обнаружены и детально исследованы долгопериодные геомагнитные возмущения

Рору6 в дневной высокоширотной ионосфере. Показано, что Рору6 пульсации являются ионосферным откликом в области каспа на квазипериодические альвеновские структуры солнечного ветра при южной ориентации ММП. Построена численная модель расширяющегося к полюсу азимутального ионосферного холловского тока, возбуждаемого нестационарными продольными токами с запаздыванием. Построенная модель хорошо объясняет наблюдаемую амплитудно-фазовую структуру наземного поля Рору6 колебаний,

7. Теоретически оценена эффективность утечки волновой энергии из неоднородного

МГД волновода за счет трансформации захваченных магнитозвуковых волноводных мод в убегающие альвеновские волны поверхностного типа на скачке параметров волновода. Коэффициент трансформации имеет резкую

45

частотную зависимость, что обеспечивает фильтрацию вытекающих возмущений по частоте. Согласно разработанному сценарию ранее неизвестного волнового канала связи между хвостом магнитосферы и высокоширотной ионосферой, возмущения из дальнего хвоста распространяются к Земле в плазменном слое, а затем частично трансформируются на внутренней кромке плазменного слоя в альвеновские волны, уносящие энергию возмущений к ионосфере.

8. Предложен механизм генерации терцовых излучений, сопровождающих интенсивные локализованные геомагнитные возмущения. Показано, что плотности продольных токов, создающих эти возмущения, достаточны для возникновения аномального сопротивления в верхней ионосфере. Протекание тока через плазму с ионно-звуковой турбулентностью оказывается нестационарным и происходит в режиме включения/выключения аномального сопротивления. Предложенный механизм объясняет связь между различными явлениями - магнитными импульсами, всплесками высыпания электронов и авроральной светимости, и усилением интенсивности геомагнитных шумов.

9. Построена модель взаимодействия апьвеновских волн с областью ускорения авроральных частиц. Расчеты показали, что отражение и прохождение магнитосферных волн критически зависит от их поперечного масштаба. Характерным параметром модели является диссипативная альвеновская длина Ха Теоретически предсказан новый механизм затухания Рс5 волн в авроральной области, обусловленный наличием продольного падения потенциала вдоль силовых линий, который может доминировать над ионосферным затуханием и дисперсионными эффектами. Показано, что магнитосферные альвеновские волны, проникающие вглубь области аврорального ускорения, могут вызывать осцилляторные вариации продольного падения потенциала, что служит новым механизмом модуляции авроральных электронов. Предсказано существование нового резонатора в верхней ионосфере в области аврорального ускорения частиц, способного удерживать мелкомасштабные альвеновские волны и структуры в частотном диапазоне порядка 0 2 Гц. С помощью построенной теоретической модели, описывающей взаимодействие альвеновских волн с комбинированной системой магнитосфера - аврорапьная ионосфера в криволинейном магнитном поле, показано, что альвеновские волны с поперечным масштабом ~ Ха могут вносить существенный вклад в энергетический баланс авроральной области, и тем самым приводить к уярчению полярных сияний.

10. Теоретически предсказаны новые кинетические неустойчивости УНЧ колебаний в неоднородной анизотропной плазме конечного давления: дрейфово-анизотропная; модифицированная дрейфово-анизотропная, и модифицированная дрейфово-зеркальная, развивающиеся в разных областях кольцевого тока. Детальный анализ данных магнитометра и спектрометра частиц геостационарного спутника GEOS-2 и наземной радарной установки STARE показал, что свойства регистрируемых во время магнитных бурь Рс5 колебаний хорошо согласуются с развитыми теоретическими представлениями.

11. С помощью новой техники MLT-UT диаграмм показано наличие двух областей интенсификации длиннопериодных геомагнитных PI3 пульсаций во время основной фазы магнитной бури: в ранние утренние часы и в вечернем секторе, связанных с инжекцией энергичных частиц. В утреннем секторе буревые Pi3 пульсации сопровождаются квазипериодической модуляцией инжектированных электронов. Предположено, что геомагнитные возмущения в обеих областях генерируются нерезонансным образом интенсивными нестационарными поперечными токами энергичных частиц. Измерения локальной пространственной структуры Р)3 колебаний в главную фазу бури показали, что эти колебания мелкомасштабны в азимутальном направлении и не могут ускорять электроны до релятивистских энергий за счет магнито-дрейфового резонанса.

12. Выделены специфические возмущения геомагнитного поля и ионосферы, вызванные подземными ядерными и поверхностными химическими взрывами, запусками ракет, атмосферной и сейсмической активностью, и предложены их физические механизмы.

В Приложении 1 даны расчетные формулы для основных параметров околоземной

плазмы. В Приложении 2 приведены географические и геомагнитные координаты

мировой сети магнитных станций

Основные публикации по теме диссертации

Амата Э., Пилипенко В.А., Похотелов O.A., Троицкая В.А., и др., Psc-5 пульсации на геостационарной орбите - Геомагн. аэрономия, 26, N2,283-287,1986.

Анисимов С В., Курнева H.A., Пилипенко В.А. Вклад электрической моды в поле геомагнитных РсЗ-4 пульсаций, Геомагн. аэрономия, 1993,33, N3,35-41.

Бест А., Крылов С.М., Курчатов Ю.П., Пилипенко В.А., Градиентно-временной анализ РсЗ пульсаций, Геомагн. аэрономия, 26, N6,980-984,1986.

Голиков Ю.В., Д'Коста А., Пилипенко В.А., Геомагнитные пульсации, возбуждаемые при сильных землетрясениях, Геомагн. аэрономия, 1985,25, N5,824-828.

Гохберг М.Б., Пилипенко В.А., Похотелов O.A., Возбуждение низкочастотных МГД волн в магнитосферной плазме, в сб.: "Структура электромагнитного поля геомагнитных пульсаций", М., Наука, 48-61,1980.

Гохберг М.Б., Пилипенко В.А., Похотелов О А., Наблюдение со спутника электромагнитного излучения над эпицентральной областью готовящегося землетрясения, ДАН СССР, 268, N1,1982.

Гохберг М.Б., Пилипенко В.А., Похотелов O.A., О сейсмических предвестниках в ионосфере, Изв. АН СССР (Физика Земли), N10,17-21,1983.

Гохберг М.Б., Гуфельд И.Л., Гершензон Н.И., Пилипенко В.А., Эффекты электромагнитной природы при разрушении земной коры, Изв. АН СССР (Физика Земли), N1,72-87,1985.

Гохберг, М.Б., В.А. Пилипенко, O.A. Похотелов, E.H. Федоров, Всплески электромагнитных КНЧ шумов в верхней ионосфере, стимулированные наземными взрывами, Геомагн. аэрономия, 36, N4,61-67,1996.

Гохберг М.Б., Пилипенко В.А., Похотелов O.A., и др., Акустическое возмущение от подземного ядерного взрыва как источник электростатической турбулентности в магнитосфере, ДАН СССР, 313, N3, 568-574,1990.

Грин А.У., Вортингтон Е.У., Пилипенко В.А., и др., Влияние магнитосферного альвеновского резонанса на спектр пакетов пульсаций РсЗ-4 на средних широтах, Геомагн. аэрономия, 31, N4,619-624,1991.

Гошджанов М,Б., Муханов М.Б., Пилипенко В.А. Импульсные возмущения ионосферы, вызванные грозовой и сейсмической активностью, Геомагн. аэрономия, 31, N6,1064,1991.

Курчашов Ю.П., Пилипенко В.А. Геометрический метод анализа градиентных наблюдений геомагнитных пульсаций, Геомагн. аэрономия, 36, N4,53-60,1996.

Мазур Н.Г., Федоров E.H., Пилипенко В.А., Излучение альвеновских волн из неоднородного МГД волновода, Физика плазмы, 27, N9,773-784,2003.

Мазур Н.Г., Федоров E.H., Пилипенко В.А., О возможности отражения альфвеновских волн в криволинейном магнитном поле, Физика плазмы, 30, N5,450-458,2004.

Пилипенко В.А., Похотелоэ O.A., и др., Влияние баунс-резонансов на возбуждение альвеновских волн вне плазмосферы, Геомагн. аэрономия, 17, N5,894-899,1977.

Пилипенко В.А., Похотелов O.A., Гидромагнитные колебания магнитозвукового типа в околоземной космической плазме, в сб.; "Естественное электромагнитное поле Земли", М., Наука, 30-37,1977. •

Пилипенко В.А., Похотелов O.A., Дрейфово-зеркальная неустойчивость в кривом магнитном поле, Геомагн. аэрономия, 17, N1,161-163,1977.

Пилипенко В.А., Повзнер Т.А., и др., Локальная пространственная структура поля геомагнитных пульсаций на средних широтах, Изв. АН СССР (Физика Земли), N10,54-61,1988.

Пилипенко В.А., Федоров E.H. Модуляция полного электронного содержания ионосферы геомагнитными пульсациями, Геомагн. аэрономия, 34, N4,103-109,1994.

Пилипенко В.А., Н.Г. Клейменова, О.В. Козырева, К. Юмото, Ж. Биттерли, Является ли касп источником среднеширотных РсЗ пульсаций? Геомагн. аэрономия, 36, N2,39-48,1996.

Пилипенко В.А., Федоров E.H., Ягова Н.В., Соловьев С.И., Вершинин Е.В. Юмото К., Вариации спектрального состава РсЗ-4 пульсаций вдоль геомагнитного меридиана 210, Геомагн. аэрономия, 37, N1,80-88,1997.

Пилипенко В.А., Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Юмото, К. Биттерли Ж. Долготные особенности геомагнитных пульсаций диапазона Рс5 в утреннем и вечернем секторах, Геомагн. аэрономия, 37, N3,64-, 1997.

Пилипенко В.А., Диффузия частиц внутреннего радиационного пояса, вызванная атмосферными возмущениями, в сб.: «Взаимодействие в системе литосфера-гидросфера-атмосфера», т.2„ М., 205-215,1999.

Пилипенко В.А., Романова Н.В., Чиженков В.А., Влияние космической погоды на спутниковые системы, Вестник РАЕН, вып.14,93-104,2006.

Похотелов O.A., Пилипенко В.А., К теории дрейфово-зеркальной неустойчивости магнитосферной плазмы, Геомагн. аэрономия, 16, N3,504-510,1976.

Похотелов O.A., Незлина Ю.М., Пилипенко В.А. Дрейфово-анизотропная неустойчивость кольцевого тока, ДАН СССР, 289, N2,332-335,. 1986.

Сурков В.В., Федоров E.H., Пилипенко В.А., Pao Д.Р.К., Ионосферное распространение геомагнитных возмущений от экваториального электроджета, Геомагн. аэрономия, 37, N2, 61-70,1997.

Федоров E.H., Пилипенко В А., Курнева H.A., Баранский Л.Н., МТЗ и гидромагнитная диагностика магнитосферы, Исслед. по геомагн., аэрономии и физике Солнца, 98,49,1992.

Федоров E.H., Мазур Н.Г., Пилипенко В.А., К теории альвеновского резонанса в двумерно-неоднородной плазме, Физика плазмы, 21, N4,333-338,1995.

Федоров E.H., Мазур Н.Г., Пилипенко В.А., Лепиди С., О механизме формирования РсЗ пульсаций на широтах дневного каспа, Геомагн. аэрономия, 38, N2,60-66,1998.

Чугунова О.М., Пилипенко В.А., Энгебретсон М, Появление квазимонохроматических РсЗ-4 пульсаций в полярной шапке, Геомагн. аэрономия, 44, N2,1-8,2004.

Чугунова О.М., Пилипенко В.А., Энгебретсон М., Статистические характеристики пространственных распределений РсЗ-4 пульсаций на высоких широтах в Антарктике, Геомагн. аэрономия, 46, N1,68-77,2006

Шалимов С.Л., Пилипенко В.А., Тонкая волновая структура магнитных импульсов в дневном секторе аврорального овала, Геомагн. аэрономия, 39,422-427,1999.

Юмото К., Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., и др., Механизмы затухания геомагнитных пульсаций на низких широтах, Геомагн. аэрономия, 33, N5,34-42,1993.

Ягова Н.В., Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., Влияние ионосферной проводимости на параметры среднеширотных РсЗ-4 пульсаций, Геомагн. аэрономия, 38, N2,67-73,1998.

Alperovich L.S., Fedorov E.N., Volgin A.V., Pilipenko V.A., Pokhil'ko S.N. Doppler sounding as tool for the study of MHD wave structure in the ionosphere, J. Atmosph. Terr. Phys., 53, N6/7,581,1991.

Baransky L.N., Green A.W., Fedorov E.N., Kurneva N.A., Pilipenko V.A., Worthington W., Gradient and polarization methods of ground-based monitoring of magnetospheric plasma, J. Geomag. Geoelectr., 47,1293-1309,1995.

Fedorov E.N., Mazur N.G., Pilipenko V.A., Yumoto K., On the theory of field line resonances in plasma configurations, Physics of Plasmas, 2(2), 527-532,1995.

Fedorov E„ Mazur N, Pilipenko V., Yumoto K., MHD wave conversion in plasma waveguides, J. Geophys. Res., 103, NoA11,26595-26605,1998.

Fedorov E., Pilipenko V., Surkov V., Rao D.R.K., Yumoto K, Ionospheric propagation of MHD disturbances from the equatorial electrojet, J. Geophys. Res , 104, NA3,4329-4336,1999.

Fedorov E., Pilipenko V., Engebretson M.J., ULF wave damping in the auroral acceleration region, J Geophys. Res., 106,6203-6212,2001.

Fedorov E„ Pilipenko V„ Uyeda S., Electric and magnetic fields generated by electrokinetic processes in a conductive crust, Physics and Chemistry of the Earth, (C) 26, N10-12,793-799,2001.

Fedorov E„ Pilipenko V., Engebretson M.J., Rosenberg T.J., Alfven wave modulation of the auroral acceleration region, Earth, Planets, and Space, 56, N7,649-661,2004.

Feygin F.Z., Kalisher A.L., Pilipenko V.A., O.A. Pokhotelov, Dobes K., On the theory of the generation of auroral radiation, Planet. Space Sci., 27, N11,913-923,1979.

Fishkova L.M., Gokhberg M.B., Pilipenko V.A, Relationship between night airglow and seismic activity, Annates Geophysicae, 1985,3, N6,689-694.

Gokhberg M.B., V.A. Troitskaya, V.A. Pilipenko, O.A. Pokhotelov, On the problems of the interaction between Pc1/Pi1 and Pc4-5 hydromagnetic waves, J. Geophys. Res, 86, N2A, 833-836,1981.

Green A.W., Worthington E.W., Baransky L.N., Fedorov E.N., Kurneva N.A., Pilipenko V.A., et al, Alfven field line resonances at low latitudes, J. Geophys. Res., 98, N9,15693-15699,1993.

Kawano H„ Yumoto K., Pilipenko V.A., et al., Restoration of continuous field line eigenfrequency distribution from ground-based ULF observations, J. Geophys. Res., 107, N8, SMP25,2002.

Kurchashov Yu.P., Nikomarov Ya.S., Pilipenko V.A., Best A. Field-line resonance effects in a local meridional structure of mid-latitude geomagnetic pulsations, Annates Geophysicae, 5A, N3,147-154,1987.

Martines-Bedenko V.A., V.A. Pilipenko, et al., Correspondence between ULF activity, field-aligned currents, and DMSP-based dayside magnetospheric domains, Geomagn. Aeronomy International, 4, N2,141-151,2003.

Pilipenko V.A., Buchner J., Kirchner T. About MHD heating of plasmaspheric and ionospheric plasmas, Gerlands Beitr. Geophysik, Bd 95, Hf.2,167-176,1986.

Pilipenko V.A., ULF waves on the ground and in space, J. Atmospheric Terrestrial Physics, 52, N12, 1193-1209,1990.

Pilipenko V.A., Fedorov E.N. Magnetotelluric sounding of the crust and hydromagnetic monitoring of the magnetosphere with the use of ULF waves, Annaii di Geofisica, 36, N5-6,19-33,1993.

Pilipenko V.A., Fedorov E.N., Magnetotelluric sounding of the crust and hydromagnetic monitoring of the magnetosphere with the use of ULF waves, in: "Solar wind sources of magnetospheric ULF waves", Geophysical Monograph, v.81, AGU, 283-292,1994.

Pilipenko V., Vellante M., Anisimov S., et al., Multi-component ground-based observation of ULF waves: goals and methods, Annaii di Geofisica, 41, N1,63-77,1998.

Pilipenko V., 0. Kozyreva, M. Engebretson, et al, Coupling between substorms and ULF disturbances in the dayside cusp, in. "Substorms-4", Terra Scientific Publishing Company, 573-576,1998.

Pilipenko V.A., K. Yumoto, E. Fedorov, N. Kurneva, F. Menk, Field line Alfven oscillations at low latitudes, Mem. Fac. Sci. Kyushu Univ., ser. D, Earth Planet. Sci., XXX, N1,23-43,1998.

Pilipenko V., Shalimov S., Fedorov E., Engebretson M., Hughes W„ Coupling between field-aligned current impulses and Pi1 noise bursts, J. Geophys. Res., 104, NA8,17419-17430,1999.

Pilipenko V„ Fedorov E„ Mazur N., Engebretson M , Hughes W., MHD waveguide I resonator for Pc3 ULF pulsations at cusp latitudes, Earth, Planets and Space, 51,441-448,1999.

Pilipenko V., Yumoto K„ Fedorov E., Yagova N., Hydromagnetic spectroscopy of the magnetosphere with Pc3 geomagnetic pulsations at 210 meridian, Annales Geophysicae, 17,53-65,1999,

Pilipenko V.A., Fedorov E N., Yagova N V., Yumoto K„ Attempt to detect ULF activity preceding earthquakes, in: "Atmospheric and Ionospheric Phenomena Associated with Earthquakes", 203214, TERRAPUB, Tokyo, 1999.

Pilipenko VA„ Fedorov E.N., Engebretson M.J., Papitashvili V.O., Watermann J., Poleward progressing quasi-periodic disturbances at cusp latitudes: The role of wave processes, J. Geophys. Res., 105, N12,27569-27588,2000.

Pilipenko V., Vellante M., Fedorov E., Distortion of the ULF wave spatial structure upon transmission through the ionosphere, J. Geophys. Res., 105, NA9,21225-21236,2000.

Pilipenko V.A., Kurchashov Yu.P., A hodograph method of analysis for geomagnetic pulsation observations, International J. Geomagn. Aeronomy, 2, N2,87-92,2000.

Pilipenko V., Shalimov S, Uyeda S., H. Tanaka, Possible mechanism to clarify the Kushida method of the ionospheric earthquake prediction, Proceedings of the Japan Academy, 77B, N7,125,2001.

Pilipenko V., Watermann J., et al., Relationship between auroral electrojet and Pc5 ULF waves, J. Atmosph. Solar-Terrestrial Phys., 63,1545-1557,2001.

Pilipenko V., Kleimenova N., Kozyreva O., Engebretson M., Rasmussen O., Global ULF wave activity during May 15,1997 magnetic storm, J. Atmosph. Solar-Terrestrial Phys., 63, N5,489-501,2001.

Pilipenko V., Engebretson M., Ground images at high latitudes of ULF wave processes in the outer magnetosphere, J. Atmosph. Solar-Terrestrial Phys, 64,183-201,2002.

Pilipenko V.A., Martines-Bedenko V.A., Engebretson M J., et al., High-latitude mapping of ULF activity, field-aligned currents, and DMSP-based dayside magnetospheric domains at high latitudes, AGU Monograph 133 "The LLBL and its dynamic interaction with the solar wind and magnetosphere", 231-240,2002.

Pilipenko V.A., Yagova N.V., Chugunova O.M., et al., ULF waves at very high latitudes, Proc. of the Conf. in memory Yu. Galperin 3-7 Feb., 2003 "Auroral phenomena and solar-terrestrial relations", Moscow, SCOSTEP, 169-176,2004,

Pilipenko V., Mazur N., Fedorov E., Uozumi T., Yumoto K„ Excitation of Alfven impulse by the anomalous resistance onset on the auroral field lines, Annales Geophysicae, 23, N4,1455,2005.

Pilipenko VA, Kozyreva O.V., Engebretson M.J., et al., Dynamics of long-period magnetic activity and energetic particle precipitation during May 15,1997 storm, J. Atmosph. Solar-Terr. Phys., 64, 831,2002.

Pilipenko V., Fedorov E„ Engebretson M.J., Yumoto K„ Energy budget of Alfven wave interactions with the auroral acceleration region, J. Geophys. Res., 109, A10204,2004.

Pilipenko V., Mazur N.. Fedorov E„ Engebretson M.J., Murr O.L., Alfven wave reflection in a curvilinear magnetic field and formation of Alfvenic resonators on open field lines, J. Geophys. Res., 110, A10S05,2005.

Pilipenko V., Fedorov E., Mursula K„ Pikkarainen T., Generation of magnetic noise bursts during distant rocket launches, Geophysica, 41(1-2), 57-72,2005.

Pokhotelov OA, Pilipenko VA, Amata E. Drift-anisotropy instability of a finite-beta magnetospheric plasma, Planetary Space Sei., 33, N11,1229-1241,1985.

Pokhotelov OA, Pilipenko VA, Nezlina Yu.M., Woch J., Kremser G., Korth A, Amata E., Excitation of high-beta plasma instabilities at the geostationary orbit: Theory and observations, Planetary Space Sei., 34, N8,695-712,1986.

Pokhotelov OA, Pilipenko VA, Fedorov E.N., Stenflo L., Shukla P.K., Induced electromagnetic turbulence in the ionosphere and the magnetosphere, Physica Scripta, 50,600-605,1994.

Pokhotelov OA, Parrot M., Pilipenko VA, et al., Response of the ionosphere to natural and man-made acoustic sources, Annales Geophysicae, 13,10197-10210,1995.

Pokhotelov OA, Pilipenko V.A., Parrot M., Strong atmospheric disturbances as a possible origin of inner zone particle diffusion, Annales Geophysicae, 17,526-532,1999.

Popov L.N., Krakovezkiy Yu.K., Gokhberg M.B., Pilipenko VA, Terrogenic effects in the ionosphere: a review, Physics of the Earth and Planet. Inter., 1989,57,115-128.

Surkov V., Pilipenko V., The physics of pre-seismic electromagnetic ULF signals, in "Atmospheric and Ionospheric Electromagnetic Phenomena Associated with Earthquakes", ed. M. Hayakawa, 357370, TERRAPUB, Tokyo, 1999.

Surkov V.V., Pilipenko V.A., Magnetic effects due to earthquakes and underground explosions: a review, Annali di Geofisica, XL, N2,1-13,1997.

Vellante M., De Lauretis M„ Förster M., Lepidi S., Zieger B„ Villante U., Pilipenko VA, Zolesi B„ Geomagnetic field line resonances at low latitudes: Pulsation event study of 16 August 1993, J. Geophys. Res.,107, N5, SMP 61-18,2002.

Woch J., Kremser G., Korth A, Pokhotelov O.A., Pilipenko V.A, et al., Curvature-driven drift mirror instability in the magnetosphere, Planet Space Sei., 36, N4,383-393,1988.

Yagova N.. V. Pilipenko, A. Rodger, V. Papitashviii, J. Watermann, Long period ULF activity at the polar cap preceding substorm, in: Proc. 5th International Conference on Substorms, St. Peterburg, Russia (ESA SP-443), 603-606,2000.

Yagova N„ V. Pilipenko, E. Fedorov, M. Vellante, K. Yumoto, Influence of ionospheric conductivity on mid-latitude Pc3-4 pulsations, Earth, Planets and Space, 51, N2,129-138,1999.

Yagova N.. Lanzerotti L., Villante U., Pilipenko V., et al., Magnetic activity in the ULF Pc5-6 band at very high latitudes in Antarctica, J. Geophys. Res., 107, N8,1195,2002.

Yagova N.V., Pilipenko VA, Lanzerotti L.J., et al., Two-dimensional structure of long-period pulsations at polar latitudes in Antarctica, J. Geophys. Res., 109, A03222,2004.

Yumoto K., Pilipenko V., Fedorov E., Kurneva N., De Lauretis M., Magnetospheric ULF wave phenomena stimulated by SSC, J. Geomag. Geoelectr., 49,1179-1195,1997.

Yumoto K„ V. Pilipenko, E. Fedorov, N. Kurneva, K. Shiokawa, The mechanisms of damping of geomagnetic pulsations, J. Geomag. Geoelectr., 47, N2,163-176,1995.

Усл.печ. л.3.0 У с л.-и з д. л. 5.1 тираж 120 экз.

отпечатано в ИИЦ ИФЗ РАН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение: РОЛЬ РЕЗОНАНСНЫХ ЭФФЕКТОВ В ПРОЦЕССАХ ВОЗБУВДЕНИЯ, РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ УНЧ ВОЛН В ОКОЛОЗЕМНОЙ ПЛАЗМЕ

I. РЕЗОНАНСНЫЕ ЭФФЕКТЫ В ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЕ ПОЛЯ УНЧ ВОЛН И ГИДРОМАГНИТНЫЙ МОНИТОРИНГ ОКОЛОЗЕМНОЙ ПЛАЗМЫ

1.1. Резонансная трансформация МГД волн в неоднородной плазме

1.2. Численная модель магнитосферно-ионосферного альвеновского резонатора

1.3. Численно-аналитическая модель прохождения альвеновских волн через ионосферу к земной поверхности 1.4. Теоретические основы методов наземной гидромагнитной диагностики магнитосферной плазмы ("магнито-сейсмология")

Градиентные методы

Поляризационные методы

Многокомпонентные (Е и В) методы

Метод годографа

1.5. Экспериментальные исследования магиитосферных резонансных эффектов на средних широтах

Спектральное оценивание данных градиентных измерений

Градиентный метод

Поляризационный H/D метод

Модифицированный градиентный метод

Метод годографа восстановления распределения резонансных частот

Методы гидромагнитной спектроскопии

1.6. Мониторинг свойств магнитосферно-ионосферного альвеновского резонатора на низких широтах

Экспериментальные исследования диссипативных свойств MAP

Спектральные особенности MAP на низких широтах

Сравнение экспериментальных данных с численной моделью MAP Выводы к гл.1.

II. ИОНОСФЕРНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ УНЧ ВОЛН

2.1. Возбуждение ионосферных мод при прохождении альвеновской волны через ионосферу и искажение наземной резонансной структуры

Аналитические оценки возможных искажений структуры волны

Численно-аналитическая модель приземной структуры поля УНЧ волн

Влияние ионосферных искажений на методы гидромагнитной диагностики

Экранировка магнитосферного сигнала ионосферой

2.2. Поверхностные ионосферные моды на приэкваториальных широтах * Приближение тонкой ионосферы

Теоретические представления о распространении МГД волн вдоль ионосферы

2.3. О возможности распространения УНЧ сигналов в волноводе Земля-ионосфера

Волновые явления, возбуждаемые при SSC

Возможные механизмы Ml и PI Выводы к гл. II

III. УНЧ ВОЛНЫ В ОБЛАСТИ ПОГРАНИЧНЫХ СЛОЕВ МАГНИТОСФЕРЫ

3.1. МГД волновод/резонатор для РсЗ УНЧ волн в области каспа

Волновод со ступенчатым профилем

Сопоставление модели с результатами волновых наблюдений в каспе

3.2. Долгопериодные квазипериодические вариации Pdpy6 в области каспа - модуляция высокоширотной ионосферы альвеновскими волнами солнечного ветра

Глобальная пространственная структура и распространение Pdpy6 пульсаций

Наблюдения долгопериодных альвеновских волн в солнечном ветре

Возможные физические механизмы Pdpy6 пульсаций

Модель наземного отклика на "волну включения" ионосферных токов

3.3. Возможные каналы передачи волновой энергии из хвоста магнитосферы в полярную ионосферу

Модель магнитозвукового гидромагнитного волновода в хвосте магнитосферы

Излучение поверхностных альвеновских волн из МГД волновода с резкой неоднородностью

Волновод со слабым скачком параметров

Численный расчет коэффициентов трансформации Выводы к гл. III

IV. ВОЛНОВЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ СТРУКТУРЫ В АВРОРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ

4.1. Тонкая волновая структура интенсивных токовых систем

Наблюдения распространения TCV и всплеска Pi 1 на сети MACCS

Оценка продольных токов магнитных импульсов и авроральных активизаций

Возможные механизмы генерации Pcl/Pil колебаний при импульсном возбуждении

Механизм квази-периодических осцилляций аномального сопротивления

Геофизические следствия

4.2. Затухание альвеновских колебаний в авроральной области

Электродинамическая модель магнитосферно-ионосферного резонатора в области аврорального ускорения

Затухание альвеновских колебаний в магнитосферном резонаторе с AAR

Сравнение различных механизмов диссипации MAP на авроральных широтах

4.3. Альвеновский резонатор в авроральной верхней ионосфере

Отражение альвеновских волн от плазменных слоев

Приближение тонкого AAR слоя Спектральные свойства альвеновского резонатора

Ионосферное затухание узких альвеновских структур

Сопоставление с данными наблюдений

4.4. Модуляция ускорения авроральных частиц альвеновскими волнами

Модуляция падения потенциала магнитосферными альвеновскими волнами

Возбуждение аврорального резонатора

Проникновение альвеновских волн к земной поверхности

Возможные проявления нового механизма модуляции ускорения авроральных частиц

4.5. Энергетический бюджет ускорения авроральных частиц альвеновской волной

Коэффициент поглощения альвеновских волн в AAR

Сопоставление модели со спутниковыми наблюдениями Выводы к гл. IV

V. РЕЗОНАНСНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ УНЧ ВОЛН ЧАСТИЦАМИ КОЛЬЦЕВОГО ТОКА

5.1. Низкочастотные волны и дрейфовые неустойчивости в неоднородной плазме конечного давления

5.2. Дрейфово-анизотропная неустойчивость протонов кольцевого тока

Наблюдения Рс5 колебаний во время магнитных бурь на спутнике СЕ08

5.3. Дрейфововая альвеновская неустойчивость, модифицированная кривизной геомагнитного поля

Наблюдения Рс5 волн и частиц на геостационарном спутнике.

5.4. Дрейфово-зеркальная неустойчивость в кривом магнитном поле

Глобальные Рс5 колебания на геостационарной орбите

5.5. Долгопериодные иррегулярные колебания в активную фазу магнитной бури

Магнитная буря 15.05.1997 и динамика электронного радиационного пояса и кольцевого тока

Глобальная динамика Р13 колебаний и высыпаний частиц во время главной фазы бури

Мелко-масштабная долготная структура магнитных пульсаций и высыпающихся электронов

Нерезонансная генерация МГД волн поперечным нестационарным током

Возможные механизмы генерации Р13 и Рс5 пульсаций и их роль в ускорении релятивистских электронов

5.6. Резонансное ускорение релятивистских электронов УНЧ возмущениями ("геосинхротрон") Выводы к гл. V

VI. ВОЗМУЩЕНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ИОНОСФЕРЫ АНТРОПОГЕННЫМИ, АТМОСФЕРНЫМИ И ЛИТОСФЕРНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ

6.1. Антропогенные и атмосферные источники

6.2. Сейсмо-электромагнитные и сейсмо-ионосферные возмущения Выводы к гл. VI

Актуальность проблемы.

Взаимодействие потока плазмы солнечного ветра с магнитосферой земли, определяющее состояние космической погоды в околоземном пространстве, имеет нестационарный и турбулентный характер. Благодаря наличию естественных МГД волноводов и резонаторов все динамические процессы в околоземной среде сопровождаются появлением электромагнитных волн ультра-низкочастотного (УНЧ) диапазона (покрывающим три порядка по частоте, от долей мГц до первых Гц). Для исследований плазменных процессов в ближнем космосе УНЧ волны имеют такое же значение, как сейсмические волны для изучения строения Земли - они позволяют проводить дистанционное зондирование и мониторинг областей, недоступных т^Ш измерениям. Хотя лишь для небольшого числа из необычайного разнообразия периодических возмущений в околоземной плазме можно с уверенностью считать их физическую природу выясненной, тем не менее, существует принципиальная возможность использования регистрируемых на Земле УНЧ волн для гидромагнитной диагностики - определения параметров магнитосферной и ионосферной плазмы. По сравнению с волновыми процессами в других областях физики, волны в плазме обладают рядом специфических уникальных особенностей. Из этих особенностей принципиальное значение имеют резонансные эффекты -резонансное взаимодействие волн и частиц, резонансная трансформация волн, и формирование резонаторов и волноводов. Рассматривая земную магнитосферу как природную плазменную лабораторию, можно надеяться, что разработанные представления о процессах в этой среде могут быть перенесены на недоступные прямым измерениям Солнце и астрофизические объекты.

Цель работы состояла в детальном исследовании влияния резонансных эффектов в околоземной среде на возбуждение и распространение УНЧ волн, в частности: разработка и апробация различных методов определения параметров магнитосферного резонатора по данным наземной регистрации УНЧ волн; выяснение возможности распространения УНЧ сигналов вдоль ионосферы и в волноводе Земля-ионосфера; выявление механизмов и особенностей волновых явлений в пограничных областях магнитосферы; определение роли резонансного взаимодействия волна-частица в возбуждении УНЧ колебаний; выяснение влияние особенностей области ускорения авроральных электронов на формирование на этих широтах специфических волновых явлений и на распространение магнитосферных альвеновских волн; возможность выделения из всего многообразия природной магнитосферной активности аномальных возмущений антропогенной и сейсмической природы.

Основные защищаемые положения

Комплекс методов «магнито-сейсмологии» для наземного мониторинга распределения околоземной плазмы, основанный на физическом эффекте резонансной трансформации магнитосферной волновой энергии в локальные альвеновские колебания магнитных оболочек.

Существование специфического класса поверхностных МГД волн, распространяющихся вдоль проводящего слоя ионосферы. Наличие волновых УНЧ явлений во внешней магнитосфере (>10 11е), которые благодаря механизмам конверсии волновой энергии в направляемые альвеновские волны переносят информацию о динамике этих областей к земной поверхности. Наличие волнового механизма модуляции и ускорения электронов в верхней ионосфере на авроральных широтах.

Обоснование механизмов спонтанного возбуждения УНЧ колебаний в результате дрейфовых неустойчивостей неоднородных распределений энергичных частиц в околоземной среде. Наличие разнообразных аномальных не-магнитосферных возмущений геомагнитного поля и ионосферной плазмы, вызванных антропогенной, метеорологической и сейсмической активностью.

Научная новизна работы состоит в том, что

- построена наиболее полная теоретическая модель магнитосферно-ионосферного альвеновского резонатора;

- построена теоретическая модель искажения резонансной волновой структуры при прохождении через ионосферу к земной поверхности;

- разработан и апробирован ряд новых методов наземного мониторинга плотности магнитосферной плазмы;

- экспериментально обнаружена и теоретически смоделирована ранее неизвестная особенность геомагнитных РсЗ волн на низких широтах - аномальная зависимость собственного периода магнитосферного резонатора от широты и резкое усиление его диссипативных свойств;

- предсказано существование открытого МГД резонатора/волновода в области высокоширотного каспа;

- обнаружено явление модуляции высокоширотной ионосферы долгопериодными альвеновскими волнами солнечного ветра и построена численная модель наземного отклика;

- предсказано существование новых волновых процессов в авроральной области: альвеновский резонатор в верхней ионосфере и модуляция высыпания электронов альвеновскими волнами;

- количественно обоснован механизм активизации авроральных дуг альвеновскими волнами;

- построена исчерпывающая линейная теория возбуждения низкочастотных колебаний протонами кольцевого тока в результате кинетических дрейфовых неустойчивостей;

- обнаружены и интерпретированы новые природные эффекты возмущения геомагнитного поля и ионосферы антропогенными, метеорологическими и сейсмическими источниками.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. Особенностью работы является попытка синергетически объединить разработку адекватных теоретических моделей с их апробацией с помощью специализированного анализа данных наземных и спутниковых наблюдений, и далее - с постановкой новых нерешенных проблем. Поэтому все теоретические представления, развиваемые автором, получили непосредственное экспериментальное подтверждение, а обнаруженным новым природным явлениям была дана непротиворечивая интерпретация. Многие из результатов работы были опубликованы достаточно давно, некоторые - около 20 лет назад, и «прошли проверку временем»: несмотря на большое число новых работ, значительно расширивших прежние представления, основные результаты автора не опровергались, о чем свидетельствует большое число ссылок (более 300 по данным International Citation Index). Все результаты, представленные в диссертации, опубликованы в ведущих отечественных и зарубежных научных журналах с анонимным рецензированием.

Научная и практическая ценность работы. Полученные в диссертации результаты закладывают практические основы для наземных методов гидромагнитной диагностики магнитосферы, и позволяют говорить о создании «магнито-сейсмологии» околоземного пространства. Разработанные теоретические модели резонансной трансформации МГД колебаний и кинетических дрейфовых неустойчивостей являются новыми не только для космической геофизики, но и физики плазмы в целом. Разработанные представления о резонансном взаимодействии УНЧ волн с релятивистскими электронами, представляющими угрозу для надежного функционирования технологических систем в космосе, позволили ввести в космическую геофизику новый геомагнитный индекс - волновой УНЧ индекс, характеризующий уровень УНЧ турбулентности в околоземной среде и используемый для прогноза радиационной опасности для геостационарных спутников. Кроме того, УНЧ диапазон оказался наиболее перспективным для поиска электромагнитных шумов литосферного происхождения, связанных с процессами подготовки землетрясений.

Личный вклад. Характерной особенностью исследований, проводимых автором, является сочетание разработки новых теоретических представлений с их апробацией при обработке и анализе спутниковых и наземных данных. Для наземных исследований пульсаций при непосредственном участии автора был осуществлен ряд международных проектов, материалы которых использованы в работе. Автор участвовал в постановке работ, компьютерной обработке данных и их теоретической интерпретации. Все статьи, на которых основана диссертационная работа, были написаны лично автором, даже если он и не являлся первым соавтором.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, 6 глав, Заключения, 2 приложений, списка литературы (296 наименований) и списка публикаций автора в рецензируемых изданиях (110 наименований). Работа содержит 241 страниц текста, 128 рисунков, 1 табл.

1. Альперович Л С Вугмейстер В.О., Гохберг М.Б., Дробжев В.Л., Казаков В.И., Федорович Г.В. О генерации геомагнитных вариаций акустическими колебаниями во время землетрясений. Изв. АН СССР (Физика Земли), N3,58-68,1

2. Альперович Л С Пономарев Е.А., Федорович Г.В. Моделируемые взрывом геофизические явления. Изв. АН СССР (ФизикаЗемли), Ml, 9-17,1

3. Антонова Е.Е., Тверской Б.А., Об основных характеристиках потоков электронов, вторгающихся в вечернем секторе в авроральную ионосферу и вызывающих дискретные формы полярных сияний, Геомагн. и аэрономия, 16,174-176,1

4. Ахиезер А.И., И.А. Ахиезер, П.В. Половин, А.Г. Ситенко, К.Н. Степанов, Электродинамика плазмы. Наука, М., 719с, 1

5. Баранский Л.Н., Боровков Ю.Е., Гохберг М.Б., Крылов С М Градиентный метод измерения резонансных частот силовых линий. Изв. АН СССР (Физика Земли), N8,74-91,1

6. Баранский Л.Н., Белокрыс С П Боровков Ю.П., Гохберг М.Б., Федоров Е.Н., Грин К., Градиентный метод реконструкции меридиональной структуры поля геомагнитных пульсаций, ДАН СССР, 299,1347-1352,1

7. Баранский Л.Н., Белокрыс С П Боровков Ю.Е., Грин К., Два простых метода определения резонансных частот магнитных силовых линий, Геомагн. и аэрономия, 30, №1,137-140,1

8. Белов С В Горбачев Л.П., Савченко Ю.Н. Генерация направленного гидромагнитного сигнала импульсом акустических волн в анизотропной проводящей среде, Геомагн. и аэрономия, 13, №5, 818-824,1

9. Белов С В Мигунов Н.И., Соболев Г.А., Магнитные эффекты, сопровождающие сильные землетрясения на Камчатке, Геомагнетизм и аэрономия, 14, N2,380-382,1

10. Беляев П.П., Поляков СВ., Рапопорт В.О., Трахтенгерц В.Ю., Теория формирования резонансной структуры спектра атмосферного электромагнитного шумового фона в диапазоне КПК, Изв. ВУЗов (Радиофизика), 32, о7, 802-810,1

11. Большакова О.В., Троицкая В.А., Импульсное пересоединение как возможный источник IPCL, Геомагн. и аэрономия, 22,877,1

12. Большакова О.В., Троицкая В.А. Связь высокоширотного максимума Рс 3 с дневным каспом, Геомагн. и аэрономия., 24,633,1

13. Большакова О.В., Клайн Б.И., Клейменова Н.Г., Куражковская Н.А., Фриис-Кристенсен Е., Особенности широтного распространения очень длиннопериодных геомагнитных пульсаций (VLP) в полярных широтах. Геомагнетизм и аэрономия, 27, №6,982-986,1

14. Большакова О.В., Клайн Б.И., Клейменова Н.Г., Куражковская Н.А.. Поляризационные характеристики высокоширотных очень длиннопериодных геомагнитных пульсаций (VLP), Геомагн. и аэрономия, 28, 836-838, 1

15. Большакова О.В., Клейменова Н.Г., Куражковская Н.А Влияние положения дневного каспа на меридиональный профиль амплитуды VLP, Геомагнетизм и аэрономия, 29,490-492,1

16. Боровкова O.K. Большакова О.В., Троицкая В.А., Тонкая структура дневных Pile в каспе как отражение процесса FTE, Геомагнетизм и аэрономия, 29, N5,743-747,1

17. Боровкова, O.K., Большакова О.В., Афанасьева Л.Т., Клейменова Н.Г., Кангас И., Пиккарайнен Т., О различных источниках утренних и дневных пульсаций Pi 1С, Геомагнетизм и аэрономия, 32, №4,36-41,1

18. Борисов Н.Д., Распределение МГД вариаций на зе.мной поверхности, создаваемых и.мпульсным источником, Геомагн. и аэрономия, 28, N3,469-474,1

19. Борисов Н.Д., Моисеев Б.С Возбуждение МГД возмущений в ионосфере волной Рэлея, Геомагн. и аэрономия, 29, N4,583-589,1

20. Бендат Дж., Пирсол А., Прикладной анализ случайных данных, М., Мир, 1

21. Ваньян Л.Л., Бутковская А.И., Магнитотеллурическое зондирование слоистых сред, М., Недра, 227с., 1

22. Воробьев В.Г., Зверев В.Л., Старков Г.В., Геомагнитные импульсы в дневной высокоширотной области: основные морфологические характеристики и связь с динамикой дневных сияний, Геомагн. аэрономия, 33, №5, 69-79, 1

23. Галеев А.А., Сагдеев Р.З. Нелинейная теория плазмы. Вопросы теории плазмы, N7,3-145,1

24. Гальперин Ю.И., Гладышев В.А., Джорджио Н.В., Ковражкин Р.А., и др., Альвеновская волна, возбужденная в среднеширотной магнитосфере под действием крупномасштабной акустической волны, распространяющейся в нижней ионосфере. Изв. АН СССР (Физика Земли), 1985, N11,88-98,1

25. Гершензон Н.И., Гохберг М.Б., Моргунов В.А., Николаевский В.Н. Об источниках электромагнитного излучения, предваряюшего сейсмические события. Изв. АН СССР. Физика Земли, N2. 10-16,1987. 225

26. Гудкова В.А., Барсуков В.М., Зеленый Л.М., и др.. Турбулентность в магнитосферной плазме и затухание вариаций Pi2, Геомагн. и аэрономия, 14,764,1

27. Гульельми А.В., Коэффициент связи частоты РсЗ с величиной ММП, Геомагн. и аэрономия, 28, №3,465,1

28. Гульельми А.В., Гидромагнитная диагностика и геоэлектрическая разведка, УФН, 158,605-637,1

29. Гульельми А.В., Гидромагнитная диагностика околоземной среды. Изв. АН СССР (Физика Земли), №5, 45-52, 1

30. Гульельми А.В. Троицкая В.А., Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы, М., Наука, 208с., 1

31. Гульельми А.В., Левшенко В.Т., Электромагнитные сигналы из очага землетрясения. Изв. Акад. Наук СССР, Физика Земли, 5,65-70,1

32. Гульельми А.В., Гохберг М.Б., О магнитотеллурическом зондировании в сейсмоактивных районах. Изв. АН СССР (Физика Земли), №11,122,1

33. Гульельми А.В., Золотухина Н.А., Харченко И.П., Гидромагнитная диагностика по наблюдениям пульсаций на геомагнитном меридиане, Геомагн. аэрономия, 29, N6,926-929,1

34. Гульельми А.В., Гохберг М.Б., Рубан В.Ф., Гидромагнитная диагностика и геоэлектрическая разведка на базе одной обсерватории, ДАН СССР, 308,578-581,1

35. Данилов А.В., Довженко В.А. О возбуждении электромагнитных полей при вхождении акустических импульсов в ионосферу, Геомагн. аэрономия, 27, №5,112-П1,1

36. Данилов А.Д., Казимировский Е.С., Вергасова Г.В., Хачикян Г.Ю. Метеорологические эффекты в ионосфере. Л., Гидрометеоиздат,

37. Денисов Н.Г., Об одной особенности поля электромагнитной волны, распространяющейся в неоднородной плазме, ЖЭТФ,31,609,1

38. Кадомцев Б.Б. Турбулентность плазмы. Вопросы теории плазмы, N4,188-339, 1

39. Карлов В.Д., Козлов С И Кудрявцев В.П. Крупномасштабные возмущения в ионосфере, возникающие при полете ракеты с работающим двигателем. Космические исследования, 18, №2,266-277,1

40. Клайн Б.И., Куражковская Н.А., Довбня В., Волновые проявления процессов пересоединения по наземным наблюдениям, Геомагн. и аэрономия, 32,627-631,1

41. Клейменова Н.Г., Больщакова О.В., Куражковская Н.А., Фриис-Кристенсеи Е., Очень длиннопериодные пульсации геомагнитного поля в полярных шапках и их связь с ионосферным DPY-TOKOM, Геомагн. и аэрономия, 26, 985989,1

42. Крылов А.Л., Федоров Е.Н., О собственных колебаниях офаниченного объема намагниченной холодной плазмы, ДАН СССР, 231,68-70,1

43. Крылов А.Л., Лифшиц А.Е., Федоров Е.Н. О резонансных свойствах плазмы в криволинейном магнитном поле, ДАН СССР, 247, N5,1094,1

44. Крьшов А.Л., Лифшиц А.Е., Федоров Е.Н., О резонансных свойствах силовых линий магнитосферы, Геомагн. и аэрономия, 20,689,1

45. Крьшов А.Л., Лифшиц А.Е., Федоров Е.Н., О резонансных свойствах магнитосферы. Изв. АН СССР (Физика Земли), N6,49,1

46. Куражковская Н.А., О возможных источниках высокоширотных пульсаций VLP, Геомагн. и аэрономия, 30, 343, 1

47. Ларкина В.И., Наливайко А.В., Гершензон Н.И., Гохберг М.Б., Липеровский В.А., Шалимов Л., Наблюдения ОНЧ излучений связанных с сейсмической активностью на "Интеркосмос-19", Геомагн. и аэрономия, 23, N5, 842-847,1

48. Липеровский В.А., Похотелов О.А., Шалимов Л., Ионосферные предвестники землетрясений. М. Наука, 304, 1

49. Лившиц А.Е., Федоров Е.Н., Колебательные режимы в идеальной и иеидеальной магнитной гидродинамики. Журнал техн. физики, 55,770,1

50. Лившиц А.Е., Федоров Е.Н., Гидро.магнитные колебания магнитосферно-ионосферного резонатора, ДАН СССР, 287,90-94,1

51. Мазур В.А., Распространение низкочастотных вистлеров в ионосфере. Изв. Вузов (Радиофизика), 31, №12, 14231430,1

52. Мальцев Ю.Н., Граничное условие для альвеновских волн на ионосфере, Геомагн. и аэрономия, 17, N6, 1008-1011, 1

53. Мелиоранский А.С, Бибикова Т.Н., Белова А.В., Гипотеза о влиянии излучений тайфунов на высыпания электронов из радиационных поясов Земли, "Взаимодействие в системе литосфера-гидросфера-атмосфера", МГУ, 1

54. Михайловский А.В., Фридман A.M., Резонансное взаимодействие частиц с альвеновской волной в неоднородной плазме конечного давления, ЖТФ, 12,305,1

55. Михайловский А.Б. Теория плазменных неустойчивостей. В 2 т. М.: Атомиздат, Т. 1,1975; Т. 2,1

56. Пархомов В.А., О тонкой структуре предварительного импульса внезапного начала магаитных бурь, Геомагн. аэрономия, 25, №3, A2Q-A1A, 1

57. Поляков С В Рапопорт В.О., Ионосферный альвеновский резонатор, Геомагн. аэрономия, 21, №5, 816-822,1981. 226

58. Короткопериодные колебания геомагнитного поля. 271 с. Л., ЛГУ, 1

59. Рудаков Л.И., Сагдеев Р.З., О неустойчивости неоднородной разреженной плазмы в сильном магнитном поле, ДАН СССР, 6,415,1

60. Савин М.Г., Никифоров В.М., Харахинов В.М. Об аномалиях вертикальной электрической компоненты теллурического поля на Северном Сахалине, Изв. АН СССР (Физика Земли), N2,100-108,1

61. Сорокин В.М. Низкочастотные электромагнитные волны в нижней ионосфере. Геомагнетизм и аэрономия, 27, №.6, 805-809,1

62. Сорокин В.М., Ященко А.К., Распространение пульсаций Pi2 в нижней ионосфере. Геомагнетизм и аэрономия, 28, №4,655-660,1

63. Сорокин В.М., О гиротропных волнах в нижней ионосфере и их возможном взаимодействии с магнитосферным резонатором. Геомагнетизм и аэрономия, 28, №3,490-492,1

64. Сорокин В.А., Федорович Г.А. Физика медленных МГД волн в космической плазме, М., Энергоиздат, 134 с 1

65. Сурков В.В., Распространение геомагнитных пульсаций в -слое ионосферы, Геомагн. аэрономия, 30, N«.\, 121126,1 66. Сурков В.В., Электромагнитные эффекты при землетрясениях и взрывах. М.: МИФИ. 448с, 2

67. Тимофеев А.В., Колебания неоднородных течений плазмы и жидкости, УФН, N2,185-210,1

68. Тимофеев А.В., К теории альфвеновских колебаний неоднородной плазмы. Вопросы теории плазмы, М.: Атомиздат, 9,205-232,1

69. Трахтенгерц В.Ю., Фельдштейн А.Я., О диссипации альвеновской волны в слое с аномальным сопротивлением. Геомагнетизм и аэрономия, 25,334-336,1

70. Трахтенгерц В.Ю., Фельдштейн А.Я., О возбуждении мелкомасштабных электромагнитных возмущений в ионосферном альвеновском резонаторе, Геомагн. и аэрономия, 27, N2,315-317,1

71. Трахтенгерц В.Ю., Фельдщтейн А.Я., Возбуждение ионосферного альвеновского резонатора магнитосферной конвекцией. Физика плазмы, 8, №1,140-147,1

72. Троицкая В.А., Гульельми А.В., Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. Успехи физ. наук, 97,453494,1

73. Федоров Е.Н., Беленькая Б.Н., Белокрыс Н., Баранский Л.Н., Грин К., Диагностика концентрации магнитосферной плазмы по данным градиентных наблюдений геомагнитных пульсаций, Изв. АН СССР (Физика Земли), 12,63-71,1

74. Четаев Д.Н., Дирекционный анализ магнитотеллурических наблюдений, М.: Наука, 228с., 1

75. Ягодкина О.И., Воробьев В.Г. Дневные геомагнитные пульсации, связанные с движущимися ионосферными вихрями. Геомагнетизм и аэрономия, 34, №4, 84-92, 1

76. Aikio А.Т., G.T. Marklund, J. Woch, and T.A. Potemra., Small-scale structures in the high-altitude auroral electric field, Ann. Geophys., 13,84,1

77. Allan W, F.B. Knox. The effect of finite ionosphere conductivities on axisymmetric toroidal Alfven wave resonances. Planet. Space Sci., 27, 939,1

78. Allan W., E.M. Poulter, E. Nielsen, STARE observations of a Pc5 pulsation with large azimuthal wave number, J. Geophys. Res., 87, 6163,1

79. Allan W., E.M. Poulter, K.-H. Glassmeier, and E. Nielsen. Ground magnetometer detection of a large-m Pc5 pulsation observed with the STARE radar, J. Geophys. Res., 88,183,1

80. Allan W., E.M. Poulter. The spatial structure of different ULF pulsation types: A review of STARE radar results. Review ofGeophysics,22,85,1

81. Allan W., S.P. White, E.M. Poulter. Impulse-excited hydromagnetic cavity and field line resonances in the magnetosphere. Planet. Space. Sci., 34,371, 1

82. Allan W., Wright A.N., Magnetotail waveguide: Fast and Alfven waves in the plasma sheet boundary layer and lobe, J. Geophys. Res., 105, NAl, 317-328,2

83. Alperovich L.S., E.N. Fedorov. On hydromagnetic wave beams propagation trough the ionosphere, Ann. Geophysicae, 10, 647-654,1

84. Angerami J.J., J.O. Thomas. Studies of planetary atmospheres, J. Geophys. Res., 69,4537-4560,1

85. Araki Т., Global structure of geomagnetic sudden commencements. Planet. Space Sci., 25,373-384,1

86. Araki Т., Т. Iyemori, S. Tsunomura, T. Kamei, H. Maeda. Detection of an ionospheric cunent for the preliminary impulse of the geomagnetic sudden commencement, Geophys. Res. Lett., 9,341-344,1

87. Araki Т., J.H Allen, Y. Araki. Extension of a polar ionospheric current to the nightside equator. Planet. Space Sci., 33, 1116,1

88. Amoldy R.L., M.J. Engebretson, J.L. Alford, R.E. Erlandson, B.J. Anderson. Magnetic impulse events and associated Pc 1 bursts at dayside high latitudes, J. Geophys. Res., 101,7793-7799,1

89. Amoldy R.L., J.L. Posch, M.J. Engebretson, H. Fukunishi, H.J. Singer. Pil magnetic pulsations in space and at high latitudes on the ground, J. Geophys. Res., 103,23581-23591,1

90. Arthur C.W., R.L. McPherron, Simultaneous ground-satellite observations of Pi2 magnetic pulsations and their high frequency enhancement. Planet. Space Sci., 28,875-880,1

91. Bailey G.J. The effect of a meridional E*B drift on the thermal plasma at L=1.4, Planet. Space Sci., 31,389,1983. 227

92. Baker D.N., Lepping R.P., Blake J.B., et a l A strong CME-related magnetic cloud interaction with the Earths magnetosphere: ISTP observations of rapid relativistic electron acceleration on May 15, 1997, Geophys. Res. Lett., 25, 2975,1

93. Baker D.N., T. Pulkkinen, X. Li, et al.. Coronal mass ejections, magnetic clouds, and relativistic magnetospheric electron events: ISTP, J. Geophys. Res., 103,17279-17291,1998b. Baransky L.N., Yu.E. Borovkov, M.B. Gokhberg, S.M. Krylov, V.A. Troitskaya. High resolution method of direct measurement of the magnetic fieldlines eigenfrequencies. Planet. Space Sci., 33,1369-1374,1

94. Baransky L.N., S.P. Belokris, Yu.E. Borovkov, M.B. Gokhberg, E.N. Fedorov, C.A. Green, Restoration of the meridional structure of geomagnetic pulsation fields from gradient measurements. Planet. Space Sci., 37, 859-864,1

95. Baransky L.N., S.P. Belokris, Yu.E. Borovkov, C.A. Green. Two simple methods for the determination of the resonance frequencies of magnetic field lines. Planet. Space Sci., 38,1573-1576,1

96. Barfield J.N., R.L. McPherron. Statistical characteristics of storm-associated Pc5 micropulsations observed at synchronous equatorial orbit, J. Geophys. Res., 77,4720, 1

97. Barfield J.N., R.L. McPherron. Storm time Pc5 magnetic pulsations observed at synchronous orbit and their correlation with the partial ring current, J. Geophys. Res., 83,739,1

98. Basu В., В. Coppi. Theory of field-swelling instability in anisotropic plasmas. Physics Fluids, 27, 1187,1

99. Belmont G., F. Reberac, L. Rezeau. Resonant amplification of magnetosheath MHD fluctuations at the magnetopause, Geophys. Res. Lett., 22,295,1

100. Belyaev P.P., S.V. Polyakov, V.O. Rapoport, V.Yu. Trakhtenhertz, The ionospheric Alfven resonator, J. Atmos. Terr. Phys., 52,781-788,1

101. Belyaev P.P., T. Bosinger, S.V. Isaev, J. Kangas. First evidence at high latitudes for the ionospheric Alfven resonator, J. Geophys. Res., 104,4305-4317,1

102. Bilitza D., Solar-terrestrial models and application software. Planet. Space Sci., 40,541,1

103. Blanc E., Acoustical disturbances in the ionosphere. A review Ann. Geophys., 3,6,673-688,1

104. Blanc E., Rickel D., Nonlinear wave fronts and ionospheric irregularities observed by HF sounding over a powerful acoustic source. Radio Science, 24, N3,279-288,1

105. Borovsky J.E., Auroral arc thickness as predicted by various theories, J. Geophys. Res., 98,6101-6138,1

106. Caфenter D.L., R.R. Anderson, An ISEE/whistler model of equatorial electron density in the magnetosphere, J. Geophys. Res., 97,1097,1

107. Chaston C.C., C.W. Carlson, W.J. Peria, R.E. Ergun, J. MacFadden. FAST observations of inertial Alfven waves in the dayside aurora, Geophys. Res. Lett., 26,647-650,1

108. Chen L., A. Hasegawa. A theory of long-period magnetic pulsations.

109. Steady state excitation of field line resonance, J. Geophys. Res., 79,1024-1032,1

110. Chen L., Hasegawa A., A theory of long-period magnetic pulsations, 2, Impulse exitation of surface eigenmode. J. Geophys. Res.,79,1033-1037,1974b. Chen L., A. Hasegawa, Plasma heating by spatial resonances of Alfven wave, Phys. Fluids, 17,1399,1974i. Chen L., S.C. Cowley. On field line resonances of hydromagnetic Alfven waves in dipole magnetic field, Geophys. Res. Lett., 16,895-897,1

111. Chen J., T.A. Fritz. Correlation of cusp MeV helium with turbulent ULF power spectra and its implications, Geophys. Res. Lett., 25,4113,1

112. Chetaev D.N., Fedorov E.N., Krylov S.M., Lependin V.P, Troitskaya V.A. On the vertical electric component of the geomagnetic pulsation field. Planet. Space Sci., 23,311-314,1

113. Chmyrev V.M., S.V. Bilichenko, O.A. Pokhotelov, V.A. Marchenko, L. Stenflo, Alfven vortices and related phenomena in the ionosphere and magnetosphere, Physica Scripta, 38,841-854,1

114. Cladis J.B. Acceleration of geomagnetically trapped electrons by variations of ionospheric currents, J. Geophys. Res., 71, 21,5019-5025,1

115. Clauer C.R., P. Stauning, T.J. Rosenberg, E. Friis-Christensen, P.M. Miller, R.J. Sitar. Observations of solar-wind-driven modulation of dayside ionospheric DPY cuent system, J. Geophys. Res., 100,7697-7713,1

116. Coroniti F.V., C.F. Kennel, Electron precipitation pulsations, J. Geophys. Res., 75,1279-1289,1

117. Cramm R., K.-H. Glassmeier, M. Stellmacher, C. Othmer. Evidence for resonant mode coupling in Saturns magnetosphere, J. Geophys. Res., 103,11951,1

118. Cummings W.D., R.J. OSuUivan, P.J. Coleman, Standing Alfven waves in the magnetosphere, J. Geophys. Res., 74, 778793,1969. De B.K., S.K. Sarkar, Fluctuations in ionospheric low-frequency signal strength accompanying seismic waves, Ann. Geophys., 2, N4,505-510,1

119. Demekhov A.G., V.Yu. Trakhtengerts. A mechanism of formation of pulsating aurora, J. Geophys. Res., 99,5831,1

120. Dessler A.J., W.E. Francis, E.N. Parker. Geomagnetic storm sudden commencement rise times, J. Geophys. Res., 65,27152719,1

121. Dmitriev V.L, M.N. Berdichevsky, Fundamental model of magnetotelluric sounding, IEEE, 67,69,1

122. Dubinin E.M., A.S. Volokitin, P.L. Izraelevich, N.S. Nikolaeva. Auroral electrodynamic disturbances at latitudes of 900 km: Alfven wave turbulence. Planet. Space Sci., 36,949,1988. 228

123. Dungey J.W., Electrodynamics of the outer atmosphere. Scientific Report No.69, Penn State University, 51p, 1

124. Edwin P.M., B. Roberts, W.J. Hughes, Dispersive ducting of MHD waves in the plasma sheet: A source of Pi2 bursts, Geohys. Res. Lett., 13,373-376,1

125. Eleman F., The response of magnetic instruments to earthquake waves, J. Geomag. Geoelectr., 18(1), 43-72,1

126. Elkington S.R., M.K. Hudson, A.A. Chan, Acceleration of relativistic electrons via drift-resonant interaction with toroidalmode Pc5 ULF oscillations, Geophys. Res. Lett., 26,3273-3276,1

127. Engebretson M.J., L.J. Cahill, Jr., R.L. Amoldy, S.B. Mende, T.J. Rosenberg. Correlated irregular magnetic pulsations and optical emissions observed at Siple Station, Antarctica, J. Geophys. Res., 88,4841-4852,1

128. Engebretson M.J., L,J. Cahill, T.A. Potemra, et al.. On the relationship between morning sector irregular magnetic pulsations and field aligned currents, J. Geophys. Res., 89,1602-1612,1

129. Engebretson M.J., C.-L Meng, R.L. Amoldy, L.J. Cahill, Pc3 pulsations observed near the south polar cusp, J. Geophys. Res., 91,8909-8918,1

130. Engebretson M.J., L.J. Cahill, Jr., J.D. Winningham, et al.. Relations between morning sector Pi 1 pulsation activity and particle and field characteristics observed by the DE-2 satellite, J. Geophys. Res., 91,1535-1547,1

131. Engebretson M.J., B.J. Anderson, L.J. Cahill, Jr., R.L. Arnoldy, P.T. Newell, C.-I. Meng, L.J. Zanetti, T.A. Potemra. A multipoint case study of high latitude daytime ULF pulsations, J. Geophys. Res., 94,94,17143,1

132. Engebretson M.J., B.J. Anderson, L.J. Cahill, R.L. Amoldy, T.J. Rosenberg, D.L. Carpenter, W.B. Gail, R.H. Eather. Ionospheric signatures of cusp latitude Pc3 pulsations, J. Geophys. Res., 95,2447-2456,1

133. Engebretson M.J., et al.. The role of the ionosphere in coupling upstream ULF wave power into the dayside magnetosphere, J. Geophys. Res., 96,1527,1991a. Engebretson M.J., et al., A comparison of ULF fiuctuations in the solar wind, magnetosheath, and dayside magnetosphere,

134. Magnetosheath morphology, J. Geophys. Res., 96,3441,1991Z». Engebretson M.J., W.J. Hughes, J.L. Alford, et al.. Magnetometer array for cusp and cleft studies observations of the spatial extent of broadband ULF magnetic pulsations of cusp/cleft latitudes, J. Geophys. Res., 100,19371-19386,1

135. Engebretson M., K.-H. Glassmeier, M. Stellmacher, H. Luehr, W.J. Hughes, The dependence of high-latitude Pc5 wave power on solar wind velocity and on the phase of high-speed solar wind streams, J. Geophys. Res., 103,26271,1

136. Falthammer C.G. Effects of time-dependent electric fields on geomagnetically trapped radiation, J. Geophys. Res., 70, N11, 2403-2516,1

137. Falthammer C.G., Problems related to microscopic electric fields in the magnetosphere. Rev. Geophys. and Space Phys., 15,457-466,1

138. Fedorov E.N., B.N. Belenkaya, M.B. Gokhberg, S.P. Belokris, L.N. Baransky, C.A. Green, Magnetospheric plasma density diagnosis from gradient measurements of geomagnetic pulsations. Planet. Space Sci., 38,269-272, 1

139. Fougere P.F., On the accuracy of spectrum analysis of red noise processes using maximum entropy and periodogram methods: simulation studies and application to geophysical data, J. Geophys. Res., 90, NA5.4355-4366, 1

140. Frank L.A., Sigwarth J.B., A search for coastline effects on the auroras, J. Atm. Solar-Terr. Phys., 61,879-901,1

141. Fraser-Smith A.C., A. Bemardi, P.R. McGill, R.E. Ladd, R.A. Helliwell, O.G. Villard, Low frequency magnetic field measurements near the epicenter of the Ms=7.1 Loma Prieta earthquake, Geophys. Res. Lett., 17,1465-1468,1

142. Fredricks R.W., F.L. Scarf, C.T. Russell. Field-aligned currents, plasma waves, and anomalous resistivity in the disturbed polar cusp, J. Geophys. Res., 78,2133-2141,1

143. Fukunishi H., L.J. Lanzerotti. ULF pulsation evidence of the plasmapause,

144. Spectral studies of Pc3 and Pc4 pulsations near L=4, J. Geophys. Res., 79,142-158,1974a. Fukunishi H., L.J. Lanzerotti, ULF pulsation evidence of the plasmapause,

145. Polarization studies of Pc3 and Pc4 pulsations near L=4 and at a latitude network in the conjugate region, J. Geophys. Res., 79,4632-4647,19

146. Fursterling K., Uber die ausbreitung elektromagnetischer wellen in einum magnetisierten medium, Hochchfrequentech. u. Elektroakust.,59,10,1

147. Glassmeier K.H., Reflection of MHD-waves in the Pc4-5 period range at ionospheres with non-uniform conductivity distributions, Geophys. Res. Lett., 10,678-681,1

148. Glassmeier K.-H., H. Volpers, W. Baumjohann. Ionospheric Joule dissipation as a damping mechanism for high-latitude ULF pulsations: Observational evidence. Planet. Space Sci., 32,1463,1

149. Glassmeier K.H., C. Heppner, Travelling magnetospheric convection twin-vortices: Another case study, global characteristics, and a model, J. Geophys. Res., 97,3977,1

150. Glassmeier K-H., Traveling magnetospheric convection twin-vortices: observations and theory, Ann. Geophys., 10, 547, 1

151. Goertz C.K., R.W. Boswell, Magnetosphere-ionosphere coupling, J. Geophys. Res., 84,7239-7246,1

152. Gokhberg M.B., Morgunov V.A., Pokhotelov O.A. Earthquake prediction: seismo-electromagnetic phenomena. Amsterdam, ХП, 193 p., 1

153. Goossens M., S. Poedts, D. Hermans, On the existence of the continuous spectrum of ideal MHD in a 2D magnetostatic equilibrium, Sol. Phys., 102,51,1

154. Grard R., J.P. Villain, Conjugate observations of Pc5 electric fields with a geostationary satellite and a ground radar facility, J. Geophys. Res., 88,5709,1983. 229

155. Grossmann W., R. Smith. Heating of solar coronal loops by resonant absoфtion of Alfven waves, Astrophys. J., 332,476, 1

156. Guglielmi A.V., Diagnostics of the plasma in the magnetosphere by means of measurement of spectrum of Alfven oscillations. Planet, and Space Sci., 37,1011-1012,1

157. Hansen P.J., C.K. Goertz. Validity of the field line resonance expansion, Phys. Fluids B, 4(9), 2713-27119,1

158. Hargreaves J.K., A. Ranta, J.D. Annan, J.C. Hargreaves. Temporal fine structure of nighttime spike events in auroral radio absorption, studied by a wavelet method, J. Geophys. Res., 106, doi:10.1029/2001JA900008,2

159. Hasegawa A., Drift mirror instability in the magnetosphere, Phys. Fluids, 12,2642,1

160. Hasegawa A., Particle acceleration by MHD surface wave and formation of aurora, J. Geophys. Res., 81,5083-5090,1

161. Hasegawa A., L.J. Lanzerotti, On the orientation of hydromagnetic waves in the magnetosphere. Rev. Geophys. Space Phys., 16,263-266,1

162. Hattingh S.K.F., P.R. Sutcliffe, Pc3 pulsation eigenperiod determination at low latitudes, J. Geophys. Res., 92, 12433, 1

163. Hayakawa M., et al.. Direction finding of precursory radio emissions associated with earthquakes: a proposal. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 77,127-135,1

164. Helliwell R.A., Katsufrakis J.R., Trimpi M.L., Whistler-induced amplitude perturbation in VLF propagation, J. Geophys. Res., 78,4679-4684,1

165. Huang Y.N., Cheng K., Chen S.W. On the detection of acoustic-gravity waves generated by typhoon by use of real time HF Doppler frequency shift sounding system. Radio Sci., 20, N4, 897-906,1

166. Hudson M.K., S.R. Elkington, J.G. Lyon, C.C. Goodrich. Increase in relativistic electron fiux in the inner magnetosphere: ULF wave mode structure. Adv. Space Res., 25,2327-2337,2

167. Hughes W.J. D.J. Southwood. The screening of micropulsation signals by the atmosphere and ionosphere, J. Geophys. Res., 81,3234-3240,1976a. Hughes W.J., Southwood D.J., An illustration of modification of geomagnetic pulsation structure by the ionosphere. J. Geophys. Res., 81,3241-3247,19

168. Imhof W.L., W.L. Smith. Observation of nearly monoenergetic high-energy electrons in the inner radiation belt, Phys. Res. Letters, 14, 885-887,1

169. Inan U.S., Bell T.F., Helliwell R.A., Nonlinear pitch angle scattering of energetic electrons by coherent VLF waves in the magnetosphere, J. Geophys. Res., 83,3235-3253,1

170. Itonaga M., A. Yoshikawa, T.-I. Kitamura. Interaction between hydromagnetic waves and the anisotropically conducting ionosphere, J. Geomag. Geoelectr., 459-474,1

171. Jacobson A.R. A model for conjugate coupling from ionospheric dynamos in the acoustic frequency range J. Geophys. Res., 91, NoA4,4404-4412,1

172. Janhunen P., On the current-voltage relationship in fiuid theory, Ann. Geophys., 17,11-26,1

173. Jenkins G.M, D.G. Watts, Spectral analysis and its applications, Holden-Day, San Francisco, 1968. К а ф т а п V.I., B.I. Meerson, A.B. Mikhailovskii, O.A. Pokhotelov, The effects of bounce-resonances on wave growth rates in the magnetosphere. Planet. Space Sci., 24,465,1

174. Kaufman A., Keller. The magnetotelluric sounding method. Methods in Geochemistry and Geophysics, 15, New York, Elsevier, 595p, 1

175. Keiling A., Wygant J.R., Cattell C et a l Large Alfven wave power in the plasma sheet boundary layer during the expansion phase of substorms, Geophys. Res. Lett., 27,3169-3172,2

176. Keiling A., Wygant J.R., Cattell C et al.. Correlation of Alfven wave Poynting fiux in the plasma sheet at 4-7 RE with ionospheric electron energy fiux, J. Geophys. Res., 107,2

177. Kepko L., M.G. Kivelson, K.Yunioto, Flow bursts, braking, and Pi2 pulsations, J. Geophys. Res., 106,1903,2

178. Keskinen M.J., S.L. Ossakow, Theories of high-latitude ionospheric iegularities: A review. Radio Science, 18, 1077, 1

179. Khurana K.K., M.G. Kivelson, Ultralow frequency MHD waves in Jupiters middle magnetosphere, J. Geophys. Res., 94, 5241,1

180. Kindel J.M., C.F. Kennel, Topside current instabilities, J. Geophys. Res., 76,3055,1

181. Kikuchi Т., Т. Araki, Horizontal transmission of the polar electric field to the equator, J. Atmos. Тея. Phys., 41, 927, 1979i. Kikuchi, T. Evidence of transmission of polar electric fields to the low latitude at times of geomagnetic sudden commencements, J. Geophys. Res., 91,3101-3105,1

182. Kinney R.M., F.V. Coroniti, J.C. McWilliams, L. Pritchett, Mechanisms for discrete auroral arc breakup by non-linear Alfven wave interaction, J. Geophys. Res., 104,19931-19940,1

183. Kintner P.M., C.E. Seyler. The status of observations and theory of high latitude ionospheric and magnetospheric plasma turbulence. Space Science Rev., 41,91,1

184. Kivelson M.G., D.J. Southwood, Resonant ULF waves: A new inteфretation, Geophys. Res. Lett., 12,49-52, 1

185. Kivelson M.G., D.J. Southwood, Coupling of global magnetospheric MHD eigenmodes to field line resonances, J. Geophys. Res., 91A, 4345-4351,1986. 230

186. Klimushkin D.Yu., Spatial structure of transversally small-scale hydromagnetic waves in a plane finite-/ model magnetosphere, Planet. Space Sci., 45,269,1

187. Knight S., Parallel electric fields, Planet. Space Sci., 21,741-750,1

188. Knott K., A. Pedersen, U. Wedeken, GE0S2 electric field observations during a sudden commencement and subsequent substorms, J. Geophys. Res., 90,1283-1288,1

189. Kopytenko Yu.A., T.G. Matiashvili, P.M. Voronov, E.A. Kopytenko, O.A. Molchanov, Detection of ultra-low-frequency emissions connected with the Spitak earthquake and its aftershock activity, based on geomagnetic pulsations data at Dusheti and Vardzia observatories. Physics of the Earth and Planet. Interiors, 77, N1-2, 85-95,1

190. Kremser G., A. Korth, J.A. Fejer, B. Wilken, A.V. Gurevich, E. Amata, Observations of quasi-periodic flux variations of energetic ions and electrons associated with Pc 5 geomagnetic pulsations, J. Geophys., Res., 86, 3345,1

191. Lanzerotti L.J., H. Fukinishi, Modes of magnetohydrodynamic waves in the magnetosphere. Rev. Geophys. Space Physics, 12,724-729,1

192. Lanzerotti L.J., A. Hasegawa, C.G. Maclennan, Drift mirror instability in the magnetosphere: particle and field oscillations and electron heating, J. Geophys. Res., 74,5565,1

193. Lanzerotti L.J., L.C. Lee, C.G. Maclennan, A. Wolfe, L.V. Medford, Possible evidence of flux transfer events in the polar ionosphere, Geophys. Res. Lett., 13,1089-1092,1

194. Lanzerotti L.J., A. Wolfe, N. Trivedy, C.G. Maclennan, L.V. Medford, Magnetic impulse events at high latitudes: magnetopause and boundary layer plasma processes, J. Geophys. Res., 95,97-107,1

195. Leonovich A.S., V.A. Mazur, Resonance excitation of standing Alfven waves in an axisymmetric magnetosphere (monochromatic oscillations). Planet. Space Sci., 37,1095-1108,1

196. Leonovich A.S., V.A. Mazur, The spatial structure of poloidal Alfven oscillations of an axisymmetric magnetosphere. Planet. Space Sci., 38,1231-1241,1

197. Lepidi S., U. Villante, M. Vellante, P. Palangio, A. Meloni, High resolution geomagnetic field observations at Terra Nova Bay, Antarctica, Annali di Geofizica, 33,519,1

198. Leroy В., Propagation of waves in an atmosphere in the presence of a magnetic field. II. The refiection of Alfven waves, Astron. Astrophys., 91,136,1

199. Lessard M.R., D.J. Knudsen, Ionospheric reflection of small-scale Alfven waves, Geophys. Res. Lett., 28,3573,2001. Lin C.S., C.Z. Cheng, Tail field effects on drift mirror instability, J. Geophys. Res., 89,10771,1984. Lin C.S., G.K. Parks, The coupling of Alfven and comressional waves, J. Geophys. Res., 83,2628,1978. Lin N., M.J. Engebretson, R.L. McPheaon, et al., A comparison of ULF fluctuations in the solar wind, magnetosheath, and dayside magnetosphere,

200. Field and plasma conditions in the magnetosheath, J. Geophys. Res., 96,3455,1991. Liu W.W., G. Rostoker, D.N. Baker, Internal acceleration of relativistic electrons by large-amplitude ULF pulsations, J. Geophys. Res., 104,17391-17407,1

201. Liszka L., S. Olson, J. Atm. Terr. Phys., 39,1555,1

202. Lotko W., A.V. Streltsov, C.W. Carlson, Discrete auroral arc, electrostatic shock and suprathermal electrons powered by dispersive, anomalously resistive field line resonance, Geophys. Res. Lett., 25,4449-4452,1

203. Louam E., E. Wahlund, T. Chust, H. de Feraudy, A. Roux, B. Holbauk, 0 Dovner, A. Eriksson, G. Hohngren, Observation of kinetic Alfven waves by the Freja spacecraft, Geophys. Res. Lett., 21,1847-1850,1994. Lu G., P.H. Reiff, J.L. Burch, J.D. Winningham, On the auroral cunent-voltage relationship, J. Geophys. Res., 96, 3523, 1

204. Lysak R.L., Theory of auroral zone Pib pulsation spectra, J. Geophys. Res., 93,5942-5946,1

205. Lysak R.L., Electrodynamic coupling of the magnetosphere and ionosphere. Space Sci. Rev., 52,33-87,1

206. Lysak R.L., Feedback instability of the ionospheric resonant cavity, J. Geophys. Res., 96,1553-1568,1991. 231

207. Lysak R.L., The relationship between electrostatic shocks and kinetic Alfven waves, Geophys. Res. Lett., 25,2089,1

208. Lysak R.L, Propagation of Alfven waves through the ionosphere: Dependence on ionospheric parameters, J. Geophys. Res., 104,10017-10030, 1

209. Lysak R.L., Y. Song, Energetics of the ionospheric feedback interaction, J. Geophys. Res., 107,308,2

210. Marklund G., L. Blomberg, C.-G. Falthammar, P.-A. Lindqvist, L. Eliasson, On the occurrence and characteristics of intense low-altitude electric fields, Ann. Geophysicae, 13,704,1

211. Mathie R.A., LR. Mann, A correlation between extended intervals of ULF wave power and storm-time geosynchronous relativistic electron flux enhancements, Geophys. Res. Lett., 27,3261-3264,2

212. Matsuoka H., et al.. Coordinated observations of Pc3 pulsations near cusp latitudes, J. Geophys. Res., 1O7(A11), 1400, 2002. McHenry M.A., C.R. Clauer, Modeled ground magnetic signatures of flux transfer events, J. Geophys. Res., 92, 1123111240,1987. McPherron R.L., C.T. Russel, P.J. Coleman, Fluctuating magnetic fields in the magnetosphere. ULF waves. Space Sci. Rev., 13,411,1

213. Meerson B.L, A.B. Mikhailovskii, O.A. Pokhotelov, Micro-instabilities due to fast ions in a high pressure plasma in a curved magnetic field. Plasma Phys., 19,1177,1

214. Meerson B.L, A.B. Mikhailovskii, O.A. Pokhotelov, Excitation of Alfven waves by fast particles in a finite pressure plasma of adiabatic traps, J. Plasma Phys., 2(1), 137,1

215. Mende S.B., R.L. Rairden, L.J. Lanzerotti, C.G. Maclennan, Magnetic impulses and related optical signatures in the dayside aurora, Geophys. Res. Lett., 17,131,1

216. Migliuolo S., High-P theory of low frequency magnetic pulsations, J. Geophys. Res., 88,2065,1

217. Migliuolo S., The field swelling and mirror modes: connection of two instabilities, J. Geophys. Res., 91,7981,1

218. Milling D.K., Mann LR., Menk F.W., Diagnosing the plasmapause with a network of closely spaced ground-based magnetometers, Geophys. Res. Lett., 28, N1,115-118,2

219. Miyake W., R. Yoshioka, A. Matsuoka, T. Mukai, and T. Nagatsuma, Low-frequency electric field fluctuations and fieldaligned electron beams around the edge of an auroral acceleration region, Ann. Geophys., 389-393,2

220. Mozer F.S., ISEE-1 observations of electrostatic shocks on auroral zone field lines between 2.5 and 7 earth radii, Phys. Rev.Lett., 8,823,1

221. Murr D.L., Hughes W.J., Solar wind drivers of traveling convection vortices, Geophys. Res. Lett., 30(7), 1354, doi: 10.1029/2002GL015498,2

222. Nakamura T.S., Parallel electric field of a mirror kinetic Alfven wave, J. Geophys. Res., 105,10729-10737,2

223. Namikawa Т., Т. Kitamura, Т. Okuzawa, T.Araki, Propagation of weak hydromagnetic discontinuity and the sudden commencement of geomagnetic storm. Rep. Ionos. Space Res. Jpn., 18,218-227,1

224. Newton R.S., D.J. Southwood, W.J. Hughes, Damping of geomagnetic pulsations by the ionosphere. Planet. Space Sci., 26, 201,1

225. Nishida A., Theory of irregular magnetic micropulsations associated with a magnetic bay, J. Geophys. Res., 69,947,1

226. Nishida A., Ionospheric screening effect and storm sudden commencement, J. Geophys. Res., 69,1861-1874,1

227. Nishida A., Geomagnetic Diagnosis of the Magnetosphere, Springer-Verlag, Berlin, 1978. Ng P.H., V.L. Patel, The importance of VB drift in high-p magnetospheric plasma instabilities, Geophys. Res. Lett., 10,17, 1983. Ng P.H., V.L. Patel, The coupling of shear Alfven and comressional waves in high-p magnetospheric plasma, J Geophys. Res.,88,10035,1

228. Novikov Yu.P., Kopytenko Yu.A., Raspopov O.M., The possible way of determining the plasmasphere parameters by the geomagnetic pulsations amplitude, J. Atm. Terr. Phys., 38,1135-1139,1

229. Nose M., T. Iyemori, M. Sugiura, J.A. Slavin, R.A. Hoffman, J.D. Winningham, N. Sato, Electron precipitation accompanying Pc5 pulsations observed by the DE satellites and at ground, J. Geophys. Res., 103,17587-17604,1998. OBrien T.P., R.L. McPherron, D. Somette, G.D. Reeves, R. Friedel, H.J. Singer, Which magnetic storms produce relativistic electrons at geosynchronous orbit? J. Geophys. Res., 106,15533-15544,2

230. Ohnishi H., T. Araki, Two-dimensional interaction between a plane hydromagnetic wave and the earth-ionosphere system with curvature, Ann. Geophysicae, 10,281-287,1

231. Okuzawa Т., Shibata Т., Yasui H. On the ionospheric effect of near-source earthquakes around the islands of Japan detected by the HF-Doppler technique, J. Geomagn. Geoelectr. 35, N10,391-

232. Olson, J., ULF signatures of the polar cusp, J. Geophys. Res., 91,10,055,1

233. Olson J.N., L.C. Lee, Pel wave generation by sudden impulses. Planet. Space Sci., 31, N3,295-302,1

234. Olson J.V., G. Rostoker, Longitudinal phase variations of Pc4-5 micropulsations, J. Geophys. Res., 83,2481,1

235. Olson J.V., Rostoker G., G. Olchowy, A study of concurrent riometer and magnetometer variations in the Pc4-5 pulsation band, J. Geophys. Res., 85,1695,1

236. Olson J.V., Pi2 pulsations and substorm onsets: A review, J. Geophys. Res., 104,17499-17520,1

237. Olsson A., A.L Eriksson, P. Janhunen, On the current-voltage relationship in auroral breakups and westward-traveling surges, Ann. Geophys., 14,1265-1273,1996. 232

238. Paquette J.A., D.L. Matthews, T.J. Rosenberg, L.J. Lanzerotti, L. J., U.S. Inan, Source regions of long-period pulsation events in electron precipitation and magnetic fields at South Pole Station, J. Geophys. Res., 99,3869-3878, 1

239. Patel V.L., S. Migliulo, Alfven waves and drift compressional modes in multispecies plasmas, J. Geophys., Res., 85, 1736, 1

240. Patel V.L., P.H. Ng, L.J. Cahill, Drift wave model for geomagnetic pulsations in a high-p plasma, J. Geophys. Res., 88, 5677,1

241. Plyasova-Bakounina T.A., V.A. Troitskaya, J.W. Munch, H.F. Gauler, Super-high-latitude maximum of Pc2-4 intensity, Acta Geod., Geophys. et Montanist. Hung., 21,143,1

242. Poedts S., M. Goossens, W. Kemer, Numerical simulation of coronal heating by resonant absoфtion of Alfven waves, SolarPhysics, 123,83,1

243. Pokhotelov 0., D. Pokhotelov, A. Streltsov, V. Khruschev, M. Parrot, Dispersive ionospheric Alfven resonator, J. Geophys. Res., 105,7737-7746,2

244. Pokhotelov O.A., V. Khruschev, M. Parrot, S. Senchenkov, V.P. Pavlenko, Ionospheric Alfven resonator revisited: Feedback instability, J. Geophys. Res., 1O6(A11), 25813-25824,10.1029/2000JA000450,2

245. Pokhotelov O.A., O.G. Onishchenko, M.A. Balikhin, R.A. Treumann, V.P. Pavlenko, Drift mirror instability in space plasmas:

246. Nonzero electron temperature effects, J. Geophys. Res., 106(A7), 13237-13246,2

247. Pokhotelov O.A., M.A. Balikhin, R.A. Treumann, V.P. Pavlenko, Drift mirror instability revisited:

248. Cold electron temperature limit, J. Geophys. Res., 106(A5), 8455-8464,2

249. Pokhotelov O.A., R.A. Treumann, R.Z. Sagdeev, M.A. Balikhin, O.G. Onishchencko, V.P. Pavlenko, I. Sandberg, Linear theory of the mirror instability in non-Maxwellian space plasmas, J. Geophys. Res., 107 (A 10), 1312,2

250. Pokhotelov O.A., I. Sandberg, R.Z. Sagdeev, R.A. Treumann, O.G. Onishchenko, M.A. Balikhin, V.P. Pavlenko, Slow drift mirror modes in finite electron-temperature plasma: Hydrodynamic and kinetic drift mirror instabilities, J. Geophys. Res., 108 (A3), 1098,2

251. Posch J.L., M.J. Engebretson, A.T. Weatherwax, D.L. Detrick, W.J. Hughes, C.G. Maclennan, Characteristics of broadband ULF magnetic pulsations at conjugate cusp latitude stations, J. Geophys. Res., 104,311-332,1

252. Poulter E.A., W. Allan, G.J. Bailey, J. Moffett, On the diurnal period variation of mid-latitude ULF pulsations. Planet. Space Sci., 32,727-734,1

253. Poulter E.M. W. Allan, Transient ULF pulsation decay rates observed by ground based magnetometers: the contribution of spatial integration. Planet. Space Sci., 33,607,1

254. Poulter E.M., W. Allan, G.J. Bailey, ULF pulsation eigenperiods within the plasmasphere, Planet.Space Sci., 36, 185-196, 1

255. Poulter E.M., W. Allan W., G.J. Bailey, The effect of density inhomogeneity on standing Alfven wave structure. Planet. Space Sci., 38,665, 1

256. Prikryl P., J.W. MacDougall, I.F. Grant, D.P. Steele, G.J. Sofko, R.A. Greenwald, Observations of polar patches generated by solar wind Alfven wave coupling to the dayside magnetopause, Ann. Geophys., 17,463-489,1

257. Provan, G., T. K. Yeoman, S.W.H. Cowley, The influence of the IMF By component on the location of pulsed flows in the dayside ionosphere observed by a HF radar, Geophys. Res. Lett., 26,521-524,1

258. Pytte Т., R.L. McPherron, S. Kokubun, The ground signature of the expansive phase during multiple onset substorms. Planet. Space Sci., 24,1115-1132,1

259. Radoski H.R., A theory of latitude dependent geomagnetic micropulsations: the asymptotic fields, J. Geophys. Res., 79, 595- 603,1

260. Radoski H.R., The superiority of maximum entropy power spectrum techniques applied to geomagnetic micropulsations, Phys. Earth Planet. Inter., 12,208-216,1

261. Rankin, R., V.T. Tikhonchuk, Numerical simulations and simplified models of nonlinear electron inertial Alfven waves, J. Geophys. Res., 103, NA9,20419-20433,1

262. Rankin, R., J.C. Samson, V.T. Tikhonchuk, Discrete auroral arcs and nonlinear dispersive field line resonances, Geophys. Res. Lett., 26,663-666,1999. Rao D.R.K., Some characteristics of Pc3-Pc4 pulsations in the Indian equatorial regions, STEP GBRSC News, 1995, 5, N.2,

263. Reiff P.H., G. Lu, J.L. Burch, J.D. Winningham, L.A. Frank, J.D. Craven, W.K. Peterson, R.A. Heelis, On the high- and low-altitude limits of the auroral electric field region, in: "Auroral Plasma Dynamics", 80,143-154,1

264. Rostoker G., Propagation of Pi2 micropulsations through the ionosphere, J, Geophys. Res., 70, N17,4388-4390,1

265. Rostoker G., S. Skopke, D.N. Baker, On the origin of relativistic electrons in the magnetosphere associated with some geomagnetic storms, Geophys. Res. Lett., 25,3701-3704,1

266. Rostoker G., S. Skopke, D.N. Baker, Relativistic electrons in the magnetosphere, Geophys. Res. Lett., 25,3701, 1

267. Roth, I., M. Temerin, M.K. Hudson, 1

268. Resonant enhancement of relativistic electron fluxes during geomagnetically active periods, Annales Geophysicae, 17,631-

269. Russell C.T., M.M. Hoppe, TTie dependence of upstream wave period on the inteфlanetary magnetic field strength, Geophys. Res. Lett., 8,615-617,1

270. Russell C.T., Farris M.H., Ultra low frequency waves at the Earths bow shock. Adv. Space Res., 15, N8/9,285-296,1

271. Rycroft M.J., I.R. Jones, A suggested model for the IRI plasmaspheric distribution. Adv. Space Res., 7,613-622,1987. 233

272. Saka 0., T. Ijima, H. Yamagishi, N. Sato, D.N. Baker, Excitation of Pc5 pulsations in the morning sector by a local injection of particles in the magnetosphere, J. Geophys. Res., 97,10693-10701,1

273. Samson J.C., L.L. Cogger, Q. Pao, Observations of field line resonances, auroral arcs, and auroral vortex structures, J. Geophys. Res., 101,17373-17383,1

274. Savin S., L. Zelenyi, et al.. Multi-spacecraft tracing of turbulent boundary layer. Adv. Space Res., 30, N12, 2821-2830, 2

275. Sandholt P.E., С Farrugia, On the dynamic cusp aurora and IMF By, J. Geophys. Res., 104,12461-12472,1

276. Scholer M., On the motion of artificial ion clouds in the magnetosphere. Planet. Space Sci., 18,977,1

277. Schott J.-J., N.G. Kleimenova, J. Bitterly, O.V. Kozyreva, The strong Pc5 geomagnetic pulsations in the initial phase of the great magnetic storm of March 24,1991, Earth, Planets and Space, 50,101-106,1

278. Semenov V.S., Y.V. Bogdanova, R.P. Rijnbeek, M.J. Buchan, A new mechanism for interpreting the motion of auroral arcs in the nightside ionosphere, Geophys. Res. Lett., 26, N15,2367-2370, 1

279. Shalimov S., Gokhberg M. Lithosphere-ionosphere coupling mechanism and its application for earthquake in Iran on June 20,1

280. Inteфretation of ionospheric effects. J. Earthquake Prediction Res., 7, N1,98-111,1

281. Sobolev G.A., Husamiddinov S.S., Pulsed electromagnetic earth and ionosphere field disturbances accompanying strong earthquakes. Earthquake Prediction Res., 3,33-45,1

282. Solovyev S.I., D.G. Baishev, E.S. Barkova, N.E. Molochushkin, K. Yumoto, Pi2 magnetic pulsations as response on spatio-temporal oscillations of auroral arc current system, Geophys. Res. Lett., 27, N13,1839-1842,2

283. Southwood D.J., The behavior of ULF waves and particles in the magnetosphere. Planet. Space Sci., 21, 53,1

284. Southwood D.J., Some features of field line resonances in the magnetosphere. Planet. Space Sci., 22,483-491,1

285. Southwood D.J., W.J. Hughes, Source induced vertical components in geomagnetic pulsation signals. Planet. Space Sci., 26,715-720,1

286. Southwood D.J., Localized compressional hydromagnetic waves in the magnetospheric ring current. Planet. Space Sci., 25, 549,1

287. Southwood D.J., M.G. ICivelson, Charged particle behavior in low-frequency geomagnetic pulsations.

288. Transverse waves, J. Geophys. Res., 86,5643-5655,1

289. Southwood D.J., M.G. Kivelson, The effect of parallel inhomogeneity on magnetospheric hydromagnetic wave coupling, J. Geophys. Res., 91,6871, 1

290. Stasiewicz K., Y. Khotyaintsev, M. Berthomier, J-E. Wahlund, Identification of wide-spread turbulence of dispersive Alfven waves, Geophys. Res. Lett., 27,173,2

291. Stasiewicz K., B. Bellan, С Chaston, C. Kletzing, R. Lysak, J. Maggs, 0 Pokhotelov, С Seyler, P. Shukla, L. Stenflo, A. Streltsov, J-E. Wahlund, Small scale Alfvenic structure in the aurora. Space Sci. Reviews, 92,423-533,2

292. Stauning P., Progressing IMF By-related polar ionospheric convection disturbances, J. Geomagn. Geoelectr., 47,735,1

293. Streltsov A.V., Dispersive width of the Alfvenic field line resonance, J. Geophys. Res., 104, NAIO, 22657-22666,1

294. Streltsov A.V., W. Lotko, Small-scale, "electrostatic" auroral structures and Alfven waves, J. Geophys. Res., 104, 44114426,1

295. Szuberla C.A.L., J.V. Olson, M.J. Engebretson, B.J. Fraser, S. Abies, W.J. Hughes, Interstation Pc3 coherence at cusp latitudes, Geophys. Res. Lett., 25,2381,1

296. Tamao T. A hydromagnetic inteфretation of geomagnetic SSC*, J. Geomagn. Geoelectr., 16,16-31,1

297. Takahashi K., P.R. Higbie, D.N. Baker, Azimuthal propagation and frequency characteristic of compressional Pc5 waves observed at geostationary orbit, J. Geophys. Res., 90,1473,1

298. Takahashi K., J.F. Fennell, E. Amata, P.R. Higbie, Field-aligned structure of the stormtime Pc5 wave of November 14-15, 1979, J. Geophys. Res., 92,5857,1

299. Takahashi K., et al.. Propagation of compressional Pc3 pulsations from space to the ground: a case study using multipoint measurements, in "Solar wind sources of magnetospheric ULF waves", Geophys. Monogr., 81, 355-363, AGU, Washington D.C., 1

300. Thomson M.J., A.N. Wright, Resonant Alfven wave excitation in two-dimensional systems: Singularities in partial differential equations, J. Geophys. Res., 98,15541,1

301. Tikhonchuk V.T., V.Y. Bychenkov, Effect of anomalous resistivity on MHD wave damping, J. Geophys. Res., 100, 95359538,1

302. Troitskaya V.A., ULF wave investigations in the dayside cusp. Adv. Space Res., 5,219-228,1

303. Vellante M., U. Villante, M. De Lauretis, G. Barchi, Solar cycle variation of the dominant frequencies of Pc3 geomagnetic pulsations at L=1.6, Geophys. Res. Lett., 23,1505-1508,1

304. Villain J.P., Characteristics of Pc5 micropulsations as determined with the STARE experiment, J. Geophys. Res., 87, 129, 1

305. Vogt J., G. Haerendel, Reflection and transmission of Alfven waves at the auroral acceleration region, Geophys. Res. Lett., 25,277-280,1

306. Vogt J., Alfven wave coupling in the auroral current circuit. Surveys of Geophysics, 23,335-377,2

307. Volokitin A.S., E.M. Dubinin, The turbulence of Alfven waves in the polar magnetosphere of the Earth, Planet. Space Sci., 37,761-765,1

308. Wait J.R., Electromagnetic Waves in Stratified Media, Pergamon Press, 1962. 234

309. Walker A.D.M., Magnetohydrodynamic Waves in Geospace, 549 p., Institute of Physics, 2

310. Walker A.D.M., R.A. Greenwald, A. Korth, G. Kremser, STARE and GEOS-2 observations of a storm time Pc5 ULF pulsation, J. Geophys. Res., 87,9135,1

311. Walker A.D.M., H. Junginger, O.H. Bauer, GEOS-2 plasma drift velocity measurements associated with a storm time Pc 5 pulsation, Geophys. Res. Lett., 10,757,1

312. Walker A.D.M., R.A. Greenwald, W.F. Stuart, C.A. Green, STARE auroral radar observation of Pc5 geomagnetic pulsations, J. Geophys. Res., 84,3373-3388,1

313. Waters C.L., F.W. Menk, B.J. Fraser, The resonance structure of low latitude Pc3 geomagnetic pulsations, Geophys. Res. Lett., 18,2293-2296,1991a. Waters C.L., F.W. Menk, B.J. Fraser, Phase structure of low latitude Pc3-4 pulsations. Planet, and Space Sci., 39, 569-582, 1991b. Waters C.L., F.W. Menk, B.J. Fraser, Low latitude geomagnetic field line resonance: Experiment and modeling, J. Geophys. Res., 99,17547-17558,1

314. Webster D.J., Samson J.C., Rostoker G., Maggs J.E. Eastward propagation of transient field-aligned currents and Pi2 pulsations at auroral latitudes J. Geophys. Res., 1989, v.94, NoA4,3619-3

315. Wedeken, U., H. Voelker, K. Knott and M. Lester, SSC-excited pulsations recorded near noon on Geos 2 and on the ground (CDAW 6), J. Geophys. Res., 91,3089-3100,1

316. Weimer D.R., D.A. Gumett, C.K. Goertz, J.D. Menietti, J.L. Burch, M. Sugiura, The current-voltage relationship in auroral current sheets, J. Geophys. Res., 92,187-194,1

317. Wilken В., C.K. Goertz, D.N. Baker, P.R. Higbie, T.A. Fritz, The SSC on July 29, 1977 and its propagation within the magnetosphere, J. Geophys. Res., 87,5901-5910,1

318. Woch J., G. Kremser, A. Korth, A comprehensive investigation of compressional ULF waves observed in the ring current, J. Geophys. Res., 95(A9), 15113-15132,1

319. Wolfe A., D. Venkatesan, R. Slawinski, C.G. Maclennan, A conjugate area study of Pc3 pulsations near cusp latitudes, J. Geophys. Res., 95,10695,1

320. Wygant J.R., et a l Polar spacecraft based comparisons of intense electric fields and Poynting flux near the plasma sheettail lobe boundary to UVI images: an energy source for the aurora, J. Geophys. Res., 105,18675-18692,2

321. Yagodkina, O.I., V. G. Vorobjev, S. V. Leontyev, P. E. Sandholt, and A. Egeland, Bursts of geomagnetic pulsations and their relationship with dayside auroral forms. Planet. Space Sci., 1992,40,1

322. Yagodkina О.1., V.G. Vorobjev, Daytime high-latitude pulsations associated with solar wind dynamic pressure impulses and fiux transfer events, J. Geophys. Res., 102,57-67,1

323. Yamamoto Т., On temporal fluctuations of pulsating auroral luminosity, J. Geophys. Res., 93,897-911,1

324. Yoshikawa A., M. Itonaga, Reflection of shear Alfven waves at the ionosphere and the divergent Hall current, Geophys. Res. Letters, 23,101-104,1

325. Yuen P.C., Weaver P.F., Suzuki R.K., Furumoto A.S. Continuous, travelling coupling between seismic waves and the ionosphere evident in May 1968 Japan earthquake data, J. Geophys. Res., 74, N9,2256-2264,1

326. Yumoto K., Generation and propagation mechanisms of low latitude magnetic pulsations: A review, J. Geophys., 60, 79, 1

327. Yumoto K, and 210 MM Observation Group, Globally coordinated magnetic observations along 210 magnetic meridian during STEP period:

328. Preliminary Results of low latitude Pc 3s, J. Geomag. Geoelectr., 44,261-276,1

330. ZiesoUeck C.W.S., D.R. McDiarmid, Auroral latitude Pc5 field line resonances: quantized frequencies, spatial characteristics, and diurnal variation, J. Geophys. Res, 99,5817-5830,1994. 235