Влияние солнечного ветра на динамику магнитопаузы и внешних областей магнитосферы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ '? Г 6 ОД имени Д.В. СКОБЕЛЬЦЫНА

На правах рукописи

О 3 ФЕЗ 1337 УДК 581.521

Суворова Алла Васильевна

ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА НА ДИНАМИКУ МАГНИТОПАУЗЫ И ВНЕШНИХ ОБЛАСТЕЙ МАГНИТОСФЕРЫ

(01.04.08 - физика и химия плазмы)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва, 1996 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор С.Н. Кузнецов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

А.П. Кропоткин доктор физико-математических наук

К.Г. Иванов

Ведущая организация: ПГИ КНЦ РАН (г.Апатиты)

Защита состоится 1997 года в /Г часов на

заседании диссертационного совета К053.05.24 в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу : 119899, г. Москва, Воробьевы горы, НИИЯФ МГУ, 19-ый корпус, аудитория 2-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ Автореферат разослан

"/I " 1997 года

Ученый секретарь

диссертационного Совета К053.05.24

доктор физико-математических наук . Ю.А. Фомин

Общая характеристика работы Актуальность темы. Взаимодействие геомагнитного поля Земли с солнечным ветром является одной из фундаментальных научных проблем физики магнитосферы. Характер этого взаимодействия в значительной степени определяет механизм поступления энергии-импульса солнечного ветра в магнитосферу. Энергия солнечного ветра поступает в систему магнитосфера-ионосфера через границу магнитосферы - магнитопаузу. Изменение условий в солнечном ветре и межпланетном магнитном поле ведет к изменениям как внешних параметров магнитосферы (размер,форма), так и ее внутренней структуры и топологии геомагнитного поля. Наиболее геоэффективные параметры солнечного ветра, динамическое давление и северо-южный компонент межпланетного магнитного поля, контролируют основные геомагнитные процессы, протекающие за время порядка суток и менее. Физические процессы на магнитопаузе существенны для конвекции плазмы, динамики радиационных поясов, магнитных бурь и других магнитосферных явлений. Одновременно солнечный ветер свободно проникает в области каспа и через них в ионосферу, а также в плазменный слой, который играет важную роль в развитии кольцевого тока и авроральных возмущений, в ускорении заряженных частиц. Изучение влияния параметров нестационарного налетающего солнечного ветра на динамику границы магнитосферы (магнитопаузы) и границ областей внешней магнитосферы (каспа, полярной шапки, плазменного слоя) имеет фундаментальное значение, так как позволяет установить количественную связь между изменениями в структуре внешней магнитосферы и условиями в солнечном ветре. А это, в свою очередь, необходимо для построения более реалистичных моделей магнитосферного магнитного поля и для решения целого ряда задач по динамике энергичных частиц во внешней магнитосфере.

Целью работы является изучение влияния динамического давления солнечного ветра и межпланетного магнитного поля на положение и форму границы магнитосферы и связанных с ней движений границ каспа и количественное описание динамики внешней магнитосферы. Эмпирическая модель создается на основе большого объема информации, собранной за 30-летний период с высокоапогей-ных и низколетящих спутников. Особое внимание уделяется изучению влияния северо-южной компоненты межпланетного магнитного поля (Вг ММП) на изменение структуры внешней магнитосферы.

Научная новизна. Исследовано положение и форма магнитопаузы для спокойных и возмущенных условий в солнечном ветре. Проведенный анализ уравнения баланса давлений солнечного ветра и геомагнитного поля показал, что свободные параметры уравнения, определяющие величину магнитного поля вблизи магнитопаузы и эффективность передачи импульса солнечного ветра магнитосфере, зависят от условий в солнечном ветре. Показано, что существует два режима формирования магнитопаузы при ВгХ) нТл и В/<-6 нТл. Для этих двух режимов положение магнитопаузы отличается на 25%.

При положительном Вг ММП отношение свободных параметров в уравнении баланса с увеличением давления солнечного ветра от 1 до 20 нПа меняется от -1.7 до ~1, при отрицательном Вг ММП независимо от величины давления это отношение становится существенно меньше 1 (меньше 0.25 при Вг<-6 нТл ).

В экстремально возмущенных условиях в солнечном ветре (давлениях >18 нПа и/или Вг <-6 нТл) форма дневной гжваториальной магнитопаузы асимметрична относительно полуденного меридиана: магнитопауза наблюдается ближе к Земле в предполуденном секторе, чем в послеполуденном. Предложена эмпирическая модель магнитопаузы как функции давления солнечного ветра и межпланетного

магнитного поля на основе уравнения баланса давлений с соответствующими свободными параметрами.

Исследована динамика границы области низковысотного каспа/клефта в зависимости от условий в солнечном ветре, показано, что положение каспа/клефта контролируется, главным образом, отрицательным вг ММП. Найдена оптимальная функция связи положения каспа с параметрами солнечного ветра и межпланетным магнитным полем. Показано, что при Вг<0 на динамику каспа также влияет Оз^вариация, которая характеризуется величиной магнитного поля внешних источников на поверхности Земли. Получено эмпирическое соотношение между мощностью геомагнитной бури и смещением каспа на низкие широты, которому соответствует приближение магнитопаузы к Земле. Сравнительный анализ между изменением положения магнитопаузы и каспа/клефта показал, что при обжатии магнитосферы или воздействии южного Вг имеет место диполизация формы магнитных силовых линий, выходящих из области каспа и приходящих на дневную магнитопаузу.

Изучение границы проникновения электронов СКЛ в высокоширотную магнитосферу позволило обнаружить азимутальную асимметрию границы плазменного слоя в хвосте магнитосферы, которая существует только в спокойных условиях (Вг>-2): в предполуночном секторе (21-24 М1_Т) наблюдается неоднородность силовых линий (существенно недипольных и сильно вытянутых в хвост).

На защиту выносится:

1. Эмпирическая модель дневной магнитопаузы.

2. Параметры, определяющие величину магнитнот поля вблизи магнитопаузы и величину импульса, переданного солнечным ветром магнитосфере, зависят от условий в солнечном ветре.

з

3. Положение низковысотного полярного каспа определяется тремя независимыми способами: как из положения дневной магнитопаузы, так и из условий в солнечном ветре или оценивается из мощности геомагнитной бури.

4. Изменение области резкого градиента магнитного поля на границе плазменного слоя в хвосте магнитосферы и развитие вариации во время магнитных бурь связаны с ориентацией Вг компоненты межпланетного магнитного поля и происходят одновременно с движением границы низковысотного каспа . и магнитопаузы.

Практическая значимость.

Представленная в диссертации эмпирическая модель магнитопаузы и внешних областей магнитосферы может быть использована для построения реалистичных моделей млгнитосферного поля, в теоретических исследованиях механизмов пзаимодействия межпланетного магнитного поля с геомагнитным полем, а также в анализе экспериментальных данных, в которых изучается динамика заряженных энергичных частиц.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались на научных семинарах по космофизике НИИЯФ МГУ, конференциях молодых ученых НИИЯФ МГУ (1987, 1989 г.) на Всесоюзной конференции молодых ученых (Звенигород, 1989 г.), на ежегодных научных семинарах "Физика авроральных явлений" (Апатиты, 1989, 1990. 1995 г.), на Международном симпозиуме вТЕР/СОБРАЯ (Лоурел,1992), на Международном рабочем совещании "Околоземное радиационное окружение: эмпирические и физические модели" (Дубна. 1993 г.), на Международной конференции аспирантов: \А/05'94 (Пр.нд. 1994 г.), на

Генеральных Ассамблеях EGS и IUGG (Гамбург; Боулдор,1995 г.), на Международном симпозиуме "Спутниковые исследования ионосферных и магнитосферных процессов" (Троицк,19Э5 г.), на Чепменовской конференции по магнитным бурям и суббурям (Лос-Анжелес, 1996 г.), на Международном симпозиуме COSPAR (Бирмингем, 1996 г.), на 1-й Альфвеновской конференции "Низковысотные исследования процессов в дневной магнитосфере" (Кируна, 1996 г.) .

Публикации. Основные результаты диссертации содержатся в 7 печатных работах и в одном препринте НИИЯФ МГУ.

Структура и объем диссертации

Диссертация содержит введение, три главы, заключение и список литературы. Общий объем диссертации 129 страниц, включая 31 рисунок, 5 таблиц и 154 библиографических ссылки.

Содержание диссертации.

Во введении к диссертации обосновываются актуальность и научная новизна работы, указываются ее цели, рассматриваются научная и практическая ценность работы и формулируются основные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе приводятся основные результаты предшествующих исследований динамики магнитопаузы (МП) и внешних пограничных областей, содержится обзор экспериментальных данных, относящихся к взаимодействию солнечного ветра (СВ) с магнитосферой Земли, формулируются основные задачи работы.

В §1.1 приводятся общие сведения о структуре внешней магнитосферы, которая включает в себя удаленные от Земли магнитосферные области: магнитопаузу и примыкающие к ней

пограничные плазменные области (слои LLBL, касп. плазменную мантию), доли хвоста и плазменный слой.

В §1.2 дан обзор экспериментальных и 1еоретических исследований роли динамического давления солнечного ветра (р) и межпланетного магнитного поля в динамике магнитопаузы и границ внешней магнитосферы. Согласно современным представлениям о формировании магнитопаузы в стационарных условиях в GB положение границы спокойной магнитосферы достаточно эффективно описывается уравнением баланса давлений плазмы и магнитного поля на магнитолаузе, которое в газодинамическом приближении для дневной стороны имеет вид :

kp.^a = QMl. (D

где р- динамическое давление СВ, а- угон между внешней нормалью к МП и линией Земля-Солнце, р0 - магнитная проницаемость вакуума, ß0= 3,1-104 нТл , R - расстояние от центра Земли до данной точки МП в радиусах Земли Re. Коэффициенты f и к - свободные параметры уравнения, f учитывает вклад от крупномасштабной магнитосферной токовой системы в магнитное поле на МП, к характеризует эффективность передачи импульса СВ магнитосфере. Согласно различным теоретическим моделям СВ и геомагнитного поля параметры могут принимать значения fei и к<2 (согласно газодинамической теории к<1), из эксперимента известно отношение f2/А .

Необходимо отметить, что данный подход неприменим при взаимодействии антипараллельных межпланетного магнитного и геомагнитного полей (пересоединение магнитных полей или наблюдаемая "эрозия" геомагнитного поля на дневной магпитопаузе при отрицательном Bz). Пересоединившиеся на дневной магнитопаузе силовые трубки перебрасываются в хвост магнитосфоры, магнитный

поток и расстояние до границы в хвосте увеличиваются, а дневная граница приближается к Земле. Различные теории ппресоединения пока не дают ответа на вопрос как меняются услопия баланса при воздействии отрицательного Вг ММП.

В §1.3 кратко рассмотрены экспериментальные факты о динамике границ внешних областей в возмущенной магнитосфера в периоды геомагнитной активности.

§1.4 посвящен эмпирическим моделям магнитопаузы, которые совершенствовались по мере накопления экспериментальных данных, описана современная и используемая в настоящее время модель Роелофа и Сайбека (1993). Имеющиеся в модели недослатки связаны, главным образом, с методикой расчетов и требуют принципиально другого подхода к анализу данных. В этой модели и более ранних форма МП описывается фигурой вращения с осью симметрии, направленной вдоль линии Земля-Солнце.

Во второй главе проведен анализ уравнения баланса давлений солнечного ветра и геомагнитного поля для различных условий в солнечном ветре, представлена эмпирическая модель магнитопаузы, проведено сравнение с моделью Роелофа и Сайбока, а также сравнение модельных расчетов с наблюдениями положения магнитопаузы во время сильных магнитных бурь.

Анализ данных ИСЗ "ПРОГНОЗ-Ю" об измерениях магнитного поля Визм вблизи МП, расстояниях до границы П и данных о солнечном ветре из каталога позволили получить эмпирические оценки свободных параметров уравнения баланса (1) ( м к. Условия в СВ в рассматриваемый период времени (май-октябрь 1НЙ5 г.) были спокойными. Параметр 1 оценивался по величине ммнитного поля вблизи магнитопаузы :

2 Д,

Для точного определения параметра к, который равен отношению давления турбулизованной плазмы СВ в переходной области вблизи МП к динамическому давлению р СВ в межпланетном пространстве, требуются одновременные данные с нескольких спутников об измерении характеристик плазмы и поля в этих областях, что практически пока неосуществимо. Можно однако оценил, его значение, используя подходящую аппроксимацию формы МП, величину динамического давления р и Визм , по формуле:

По экспериментальным данным "ПРОГНОЗ-Ю" для спокойных условий в СВ получено, что величина f в лобовой части магнитопаузы (в интервале долгот <65") в среднем 1.02±0.39, на флэшах (до 120°) f возрастает до 2. Среднее значение <fc>=0.72±0.35 Отношение параметров f2//c=1.44 хорошо согласуется с экспериментальной оценкой fí/k="\ ,66±0.53 по данным ИСЗ "OGO-5" и теоретическим значением 1.69 для f= 1.22 и /с=0.881 .

Возможен и другой подход к данной проблеме: исследование изменений параметров СВ при фиксированном расстоянии до магнитопаузы. Геостационарная орбита является наиболее удобной для такого анализа, т.к. спутник всегда находится на • Фиксированном расстоянии 6.6 Re в экваториальной плоскости. Важным обстоятельством является то, что пересечения МП на 6.6 Re находятся далеко от нормального среднего положения МП (~10Ro) и связаны с возмущенным состоянием магнитосферы, вызванным воздействием сильного давления СВ и/или отрицательного Bz ММГ1. Нами были собраны все опубликованные данные о пересечениях МП геостационарными спутниками и еще примерно трет:, пересечений

была идентифицирована по магнитным измерениям на с,путнике GOES-7. За период с 1967 по 1993 на геостационарной орбите магнитопауза регистрировалась 172 раза. Вся необходимая информация о среднечасовых параметрах СВ, Dst-вариации и магнитных измерениях на GOES-7 была получена из баз данных в сети INTERNET.

Анализ среднечасовых значений динамического давления СВ и Bz ММП для 84 пересечений МП показал, что, во-первых, вариации величины давления при Bz>0 и Bz<0 заметно отличаются. Реально наблюдаемый диапазон изменений давления при Bz<0 значительно шире (2<р<51 нПа), чем при Bz>0 (17<р<29 нПа). Заметим, что согласно (1) минимальная величина давления СВ, при котором лобовая точка МП (а=0°) при Bz>0 и /2//с=1 находилась бы на расстоянии Яо=6.6 Re, составляет р0~18.4 нПа. В условиях отрицательного Bz магнитопауза многократно наблюдалась вблизи геостационарной орбиты при необычайно низких давлениях СВ. Наблюдаемый постепенный переход от давлений ~20 нПа при Bz>0 к давлениям Зн-6 нПа при Bz<-6 нТл означает, что в результате воздействия сильного отрицательного Bz конфигурация системы токов на МП коренным образом меняется, так что равновесное положение границы достигается уже при значительно меньших давлениях. На конкретном примере показано, что баланс давлений сохраняется и при Bz<0, при этом отношение существенно меньше 1. Это согласуется, с

измерениями магнитного поля вблизи МП по данным Руфенаха и др.: при сильных отрицательных Bz параметр f становится меньше 0.5 (эрозия магнитного поля)

Во-вторых, обнаружена заметная долготная .¡симметрия в распределении давлений СВ относительно полуденного меридиана как при Bz>0, так и при Bz<0. Причем при Bz<0 наблюдается заметный скачок минимальных давлений от 3+4 нПа в предполудснном секторе к

7+10 нПа в послеполуденном секторе. Аппроксимация зависимости давления СВ от долготы положения спутника сделана в предположении, что форма дневной экваториальной МП может быть описана параболой, сдвинутой в вечерний сектор. При Вг<0 были взяты только минимальные давления на каждой долготе, оказалось, что им соответствует более сильное Вг (<-6 нТл). На рис.1 показано наблюдаемое распределение по долготе и аппроксимации, выполненные по формулам:

А_

(соя^+В-зщ2 (р)Ь

для Вг>0 р ~ , „ - 2

■ N-6

, С 'БШ <р+ и

1 + ---—--г—

С05$9+ /: -ЬПГ ¡1

(2)

___А'__[ С'-Бикр + Р'

для Вг<-6 р ~ (с05(р + Б'-зтЧ/' \ coscp + Е~" '~$тг ср

/

(3)

Используя полученные аппроксимации, были вычислены отношения параметров в уравнении баланса ^-¡к при Вг>0 и Вг<-6 нТл. Получено, что при Вг>0 ^¡к >1 (согласуется с полученными ранее результатами по данным "ПРОГНОЗ-Ю" и "060-5"), а при Вг<-6 <1 (вблизи подсолнечной точки -0.25).

Вывод о наличии асимметрии "утро-вечер" формы МП в возмущенных условиях в СВ подтверждают результаты прямой аппроксимации экваториального сечения МП по данным геостационарных и высокоапогейных спутников. Лобовая точка сдвигается в вечерний сектор на расстояние ~2 Ие, различие между размерами магнитосферы на утреннем и вечернем меридианах может достигать около 4 Яе.

Далее в главе 2 описана эмпирическая модель магнитопаузы как функции параметров солнечного ветра. Для построения модели было использовано 12 высокоапогейных и 8 геостационарных спутников. В качестве параметров СВ рассматривались динамическое давление СВ и Вг ММП. Рабочий массив содержал 886 пересечений МП с

соответствующими среднечасовыми значениями давления и Bz, которые менялись от 0.5 до 51 нПа и от -28 до 20 нТл, соответственно. Модель ограничена областью расстояний по оси X в пределах от -20 до 12 Re, где она наиболее статистически обеспечена.

Исследования зависимости положения МП от р и Bz. проведены с помощью методов корреляционно-регрессионного анализа. Получено, что при положительном Bz форма и положение МП определяются величиной воздействующего на магнитосферу давления СВ согласно условию баланса давлений плазмы и магнитного поля па границе (1), форма МП симметрична относительно полуденного меридиана и может быть представлена фигурой вращения. В возмущенных условиях в СВ (Bz<-6) форма магнитопаузы существенно асимметрична, ее положение слабо зависит от величины Bz и определяется р. Между спокойными (Bz>0) и возмущенными условиями (Bz<-6) существует переходный режим формирования магнитопаузы (Bz=-6-:0), в котором необходимо учитывать совокупное влияние давления и отрицательного Bz. Описан метод, с помощью которого исследовалась зависимость положения границы от двух параметров р и Bz при Bz<0 нТл.

Таким образом, модель состоит из двух частей : l) для Bz>-6 -симметричная МП относительно плоскости XZ, форма магнитопаузы аппроксимировалась фигурой вращения методом кусочных парабол (аппроксимация двумя параболами с параметрами (Х0.у0) и (Х',д') в угловых интервалах 0<35° и 30°<9<150с>, сшивка происходит при в=30°4-40°), 2) для Bz<-6 нТл - асимметричная МП, только для экваториальной дневной МП. Данная модель позволяет прогнозировать положение МП с 10% точностью.

Рис.1 Динамическое давление СВ в зависимое ы от долготы пересечения магнитопаузы на расстоянии 6.6 Яе для Вг>0 (квадраты) и -6<Вг<0 (кружки), Вг<-6 нТл (точки). Аппроксимации: сплошная линия -при ВгХ) по формуле (2), штриховая - при Bz<-6 нТл по формуле (3) .

Хо 13.14 12.19 11.24 10.29 9.33 8.38 7.43 ь.6 5.2

1 О

Р (пРа)

Рис. 'Л Положение лобовой точки как бивариапшая функция динамического давления р СВ и Вг ММП (сплошные кривые -предлагаемая модель, пунктирные кривые - модель Роелофа-Сайбека). Рабочая область модели ограничена пунктиром. Прямые линии -границы области маловероятных значений параметров (Л!.

Результаты аппроксимации формы магнитопаузы:

а) Bz>0

*.*(/») = £=-(0.044 + 0.011). (i-,""',

-(0.053±0.003)-(0.002 ±0.001)■ /> /х4 нПа -(0.065 ± 0.003) (1 -е'г) , 4 <;> 26 нПа

б) Bz<0

х;(р) = х; - (о.о58± o.oo8)|&f'™V"<034±u3"

Х"{р) = - (0.69 ± 0.45)|&Г±0"

& (р) = -(0.021 ±o.oo2)|&r(^10Vl6±007 *"(/>) = & - (4-1 ± 2) MO^&HV™

На рис.2 показано положение лобовой точки Х0(р,П..} как функции давления и Bz. Диапазон значений параметров СВ р п tíz в массиве данных ограничен, поэтому рабочая область модели, которой она хорошо описывает экспериментальные данные, также ограничена (пунктирная прямая): Ниже этой прямой, в области больших отрицательных Bz (<-7 нТл) и малых давлений СВ (<3 нПа), данные о наблюдении МП отсутствуют. Это связано с вероятностными характеристиками параметров СВ, в частности, в этой '"¡ласти мала вероятность наблюдения параметров СВ с такими значениями, а следовательно, и соответствующих им положений- МП. Анализ

13.86 + 2.47

12 39±4.85

Я =

характеристик солнечного ветра за весь 30-летний пор;,од измерений (порядка 100 ООО среднечасовых значений) показ, т, что р-Вг распределение представляет собой область значении с достаточно четкими границами (прямые линии на рис.2). Т.^ким образом, необходимая достаточность модели обеспечена диапазоном возможных значений параметров СВ.

Далее проведено сравнение с моделью Роелос;.;, и Сайбека. Модель Роелофа и Сайбека построена по данным с пересечениях магнитопаузы высокоапогейными спутниками (>8 Не), рабочий диапазон модели соответствует спокойному и умеренно цозмущенному состояниям магнитосферы (р=0.5+8 нПа и Вг=-7++7 нТл - Недостатком модели является то, что она не верно отражает зависимость положения МП от Вг ММП (на качественном уровне) вблизи границ моделируемых интервалов р и Вг, что приводит к большим ошибкам. На рис.2 для сравнения показаны линии равного Х0(р,Вг) (пунктирные кривые) по модели Роелофа и Сайбека.

В последнем параграфе на конкретных примерах показано, что во время сильных геомагнитных бурь ОэЬвариация также оказывает влияние на положение магнитопаузы, причем различи--о на главной фазе бури и на фазе восстановления. Этот в-.ирос требует дальнейшего тщательного изучения.

В третьей главе рассмотрены результаты с;лтистического анализа положения каспа/клефта и положения плазменного слоя по данным ИСЗ "ИК-17" в зависимости от условий в солнечном ветре, проведен сравнительный анализ динамики магнитопаузы. каспа и Оэ!-вариации.

Любая точка на магнитопаузе связана по магнитном силовой линии с полярным каспом, поэтому движение границы магните; феры должно сопровождаться соответствующим смещением по широ!-; подкасповой

точки (ионосферной проекции) вблизи поверхности Земли. Для изучения были использованы опубликованные данные о широте клефта/каспа. Массив из 449 точек содержал данные о. > инвариантной широте каспа/клефта и соответствующие среднечасовые значения параметров СВ и ММП за текущий и предыдущий час. ьыл применен стандартный линейный и многофакторный регрессионные анализы, в предположении, что широта клефта зависит о г независимых переменных N,v (плотность, скорость СВ), F (напряженность ММП) и Bz.

Получено, что широта экваториальной и полярной границы области каспа/клефта Aeq и Лр0 при продолжительном ¡2 часа) Bz> О зависит от давления и скорости (корреляция -0.6) как :

= 77.7-4.1- 10~5 • />v"(0) Лр„ =82.1-3.5-1(Г5 •/>v'6(0)

где давление р выражено в нПа, а скорость v - в км/с.

Наилучшие корреляции между экваториальной и полярной границами получены с функцией -jF-Bz-v при продолжительном Bz<0 (корреляция -0.87):

Л„ = 81.1 - б. О • 1 (Г! • -JF - Н: г (0) ~ 85.7-7.2- Ю~г и(0)

где магнитное поле выражено в нТл и скорость v - в км/с

Из анализа динамики низковысотного каспа/клофта и Dst-вариации получено эмпирическое соотношение между мощностью бури и положением каспа.

Далее в главе приведены результаты ■ атистического исследования границы проникновения электронов СКЛ в высокоширотную магнитосферу. Были выявлены особенности в положении плазменного слоя в спокойной магнитосфоре (2>Bz>-2 нТл). Было показано, что граница проникновения .ктронов СКЛ расположена на замкнутых силовых линиях в глубиш- плазменного

слоя. Относительно полуночного меридиана наблюдается асимметрия границы проникновения, которая свидетельствует об азимутальной асимметрии распределения геомагнитного поля с ночной стороны в области плазменного слоя в спокойной магнитосфере. !'.¡ким образом, в спокойной магнитосфере наблюдается область пониженной напряженности поля в ночные часы (21-24 MLT), что указывает на неоднородность силовых линий (существенно недипольных и сильно вытянутых в хвост). Такая асимметрия отсутствует и возмущенной магнитосфере, когда Bz<-2.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации.

1. Исследовано положение магнитопаузы при различных условиях в солнечном ветре и межпланетном магнитном поле. Показано, что свободные параметры уравнения баланса давлений солнечного ветра и геомагнитного поля, которые определяют характер нзаимодействия солнечного ветра с магнитосферой, зависят от условии в солнечном ветре. В условиях, когда Bz компонента межпланетного магнитного поля положительна, отношение свободных параметров уравнения с увеличением давления солнечного ветра от 1 до 20 нПа меняется от 1.44 до ~1. При отрицательной Bz компоненте независимо от величины давления отношение параметров становиться меньше 1 (.при Bz<-6 нТл меньше 0.25).

2. Изучение влияния Bz компоненты межпланетного магнитного поля на положение магнитопаузы показало, что существует два режима формирования магнитопаузы при Bz>0 нТл и Bz<-6 нТл Для этих двух режимов положение магнитопаузы отличается на 25%.

3. В экстремально возмущенных условиях в солнечном ветре, когда динамическое давление солнечного ветра >18 ¡Па и/или Bz

компонента межпланетного магнитного поля <-6 нТл, .; >>рма дневной экваториальной магнитопаузы асимметрична относительно полуденного меридиана: магнитопауза наблюдается ближе .. Земле в предполуденном секторе, чем в послеполуденном.

4. Предложена модель расчетов положения мш питопаузы как бивариантной функции давления солнечного ветра и межпланетного магнитного поля на основе уравнения баланса давлений с соответствующими свободными параметрами.

5. Показано, что динамика области низковысотного каспа/клефта контролируется, главным образом, отрицательным Bz. Найдена оптимальная функция связи положения каспа/клефта параметрами солнечного ветра и межпланетным магнитным полем. Показано, что при Bz<0 Dst-вариация также влияет на динамику ¡¡юковысотного каспа. Получено эмпирическое соотношение между мощностью геомагнитной бури и смещением каспа на низкие широты. Изменение области резкого градиента магнитного поля на граниио плазменного слоя и развитие Dst-вариации во время магнитной бури, связанные с ориентацией Bz, происходят одновременно с движением низковысотного каспа и магнитопаузы.

Основные результаты диссертации опубликованы и следующих работах:

1. Е.Е.Антонова, С.Н.Кузнецов, А.В.Суворова. Определение некоторых характеристик геомагнитного поля по данным низколетящих ИСЗ// "Геомагнетизм и аэрономия", 1989, т.29, N4, c.55i,-562

2. С.Н.Кузнецов, Г.Н.Застенкер, А.В.Суворова, Динамика дневной магнитопаузы в связи с условиями в межплажмной среде// "Космические исследования", 1992, т.ЗО, N 6,с.826-832

3. С.Н.Кузнецов, А.В.Суворова, Е.Д.Толстая евязь широты клефта с межпланетными параметрами и Dsl-вариацией// "Космические исследования", 1993, т.31, N4, с.73-81

4. S.N.Kuznetsov, A.V.Suvorova, G.N.Zastenker, D.o.Sibeck Solar wind control of the geomagnetopause position// In Fioc.1992 STEP Symposium/5th Cospar Colloguium, Volume 5, 1994,р.293-:.".*й

5. S.N.Kuznetsov, A.V.Suvorova, Influence of solai wind to some magnetospheric characteristics// In: Proc. 3th Conference of Doctoral Students, WDS'94, Section "Physics of plasmas anci umized media", Charles University, Prague, 1994, p.116-123

6. S.N.Kuznetsov, A.V.Suvorova, Solar wind control of the magnetopause shape and location// Radiation Measumments, 1996, v26,N3,p.413-416.

7. S.N.Kuznetsov, A.V.Suvorova, Empirical model ot the dayside magnetopause// Препринт НИИЯФ МГУ 96-37/444 c.21

8. С.Н.Кузнецов, А.В.Суворова, Форма магнитппаузы вблизи геостационарной орбиты// "Геомагнетизм и аэрономия'. 1997, т.37, N2.