Магнитное поле Солнца по геомагнитным данным

• Автор: Вохмянин, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Обзор основных понятий

1.1 Магнитное поле Солнца

1.2 Геомагнитное поле

1.3 Эффект Свальгарда-Мансурова

2 Геомагнитные данные

2.1 Обзор геомагнитных данных

2.2 Геомагнитные наблюдения в 19-м веке

2.2.1 Введение

2.2.2 Доступность данных

2.2.3 Корректировка абсолютных значений
2.2.4 Корректировка времени
2.3 Индексы геомагнитной активности
3 Описание метода
3.1 Распределение интенсивности эффекта
3.2 Весовые коэффициенты
3.3 Расчёт фоновых вариаций
3.4 Вычисление значений полярности
3.5 Корректировка результатов
4 Проверка результатов
4.1 Определение полярности по спутниковым данным
4.2 Оценка точности метода
4.3 Проверка восстановленной полярности в 19-м веке
4.4 Геомагнитная активность и секторная структура
4.5 Заключение
5 Анализ секторной структуры ММП
5.1 Периодичность вращения секторных границ
5.1.1 Обзор исследований периодичности солнечных данных

5.1.2 Исследование периодов восстановленной секторной структуры
5.1.3 Развитие секторной структуры в течение цикла активности
5.2 Эффект Розенберга-Коулмана
5.3 Геоэффективные секторные границы
Заключение
Литература
Список рисунков
Список таблиц
А Секторная структура ММП

Введение
Диссертация посвящена реконструкции секторной структуры межпланетного магнитного поля, основанной на анализе вариаций геомагнитного поля в доспутниковый период, а также исследованию полученных результатов.
С появлением первых спутниковых наблюдений в начале 1960-х годов произошел значительный прорыв в понимании физических процессов, происходящих в околоземном космическом пространстве. В частности был обнаружен предсказанный Юджином Паркером [1] солнечный ветер — поток заряженных частиц, исходящий из верхних слоев солнечной атмосферы и переносящий солнечное магнитное поле — межпланетное магнитное поле (ММП). Крупномасштабное магнитное поле Солнца определяет полярность ММП — направление вдоль силовых линий к Солнцу (отрицательная полярность) или от него (положительная). В плоскости эклиптики ММП образует секторную структуру — чередование периодов ММП противоположной полярности [2]. Свальгард и Мансуров обнаружили, что в зависимости от полярности ММП наблюдаются разные типы вариаций геомагнитного поля на высокоширотных магнитных станциях [3,4]. Анализируя эти вариации, можно определить полярность ММП даже тогда, когда прямые измерения ММП недоступны, то есть в доспутниковый период. Это позволяет значительно расширить временной интервал для исследований свойств и закономерностей межпланетного магнитного поля и его источника — крупномасштабного магнитного поля Солнца. Актульность этой задачи обусловлена сравнительно небольшим периодом спутниковых измерений — около пятидесяти лет, что по времени составляет порядка пяти циклов солнечной активности или чуть больше двух магнитных циклов Хэйла.
Целью данной работы является реконструкция и исследование межпланетного магнитного поля за длительный период времени, когда спутниковые измерения были недоступны. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
• Разработать метод, позволяющий по вариациям геомагнитного поля с достаточно высокой точностью восстанавливать секторную структуру межпланетного магнитного поля.
• Оценить точность метода, сравнив его результаты со спутниковыми данными, и проверить их достоверность в доспутниковый период.
• Исследовать свойства реконструированной секторной структуры межпланетного магнитного поля в прошлом.

Обобщим внесённые исправления времени наблюдений:
• добавлен сдвиг на 1 час назад для Хельсинки в 1844-1881 годах ;
• добавлен сдвиг на 2 часа назад для Санкт-Петербурга в 1856-м году ;
• добавлен сдвиг на 1 час назад для Санкт-Петербурга в 1870-1914 годах;
• добавлен сдвиг на 1 час вперёд для Екатеринбурга в 1887-1931 годах.
2.3 Индексы геомагнитной активности
Зная поведение геомагнитной активности в определенный период, можно более надежно рассчитать суточный ход геомагнитных компонент. В свою очередь, правильно рассчитанный суточный ход, позволяет лучше определять различные магнитные вариации, в том числе и вызванные DPY токовой системой. О том, каким образом в нашем методе учитывается геомагнитная активность, будет рассказано в следующей главе. Здесь показано, какие индексы использованы в нашем методе восстановления полярности ММП.
В качестве основной меры геомагнитной активности был выбран индекс аа (antipodal amplitudes). Он был введен Майо в 1972-м году [36] и вычисляется по К индексам двух ан-типодальных станций. В северном полушарии в Англии: Гринвич (1868-1925), Абингер (1926— 1956) и Хартлэнд (с 1957). В южном полушарии в Австралии: Мельбурн (1868-1919), Туланги (1920-1979) и Канберра (с 1980). К индекс принимает значения от 0 до 9 в зависимости от максимальной амплитуды вариаций горизонтальной компоненты в трёхчасовом интервале. Затем значения аа высчитываются по формуле:
aaNtS — r(KNtS) • wn,s аа = - • (aajv +
где r(K) — масштабный коэффициент, дающий оценочное аа в нТл по значению К, и Wn,s — весовые коэффициенты, нормирующие аа с разных станций [37]. Безусловно, аа индекс — не идеальная мера геомагнитной активности. Так определение спокойного уровня, по которому затем вычислялись значения К, а, следовательно, и аа индекс, производилось вручную, то есть имело субъективный характер. Более того, на всем интервале с 1868-го года по настоящее время эта процедура менялась, как сменялись и магнитометры, используемые для измерения геомагнитного поля. Всё это делает аа индекс весьма грубой оценкой геомагнитной активности. Однако, он обладает несколькими важными преимуществами. Временной ряд этого индекса рассчитан с 3-х часовым разрешением и является самым продолжительным. То, что он определяется по магнитным возмущениям из разных полушарий, делает его планетарным (глобальным) индексом активности.