Юрий Мизун - Полярные сияния

Рис. 22. Распределение потоков протонов (см -2с -1) с энергией, большей 50 мэВ

Рис. 23. Распределение электронов с энергией, большей 5 мэВ, наблюдавшееся 10 ноября 1962 г.

Рис. 24. Схема, иллюстрирующая последовательные стадии возмущения межпланетной среды, обусловленного солнечной бурей

а — 10—30 мин; б — 12 ч, в — 40—50 ч после вспышки. F — локализация вспышки на диске Солнца

1 — солнечные протоны с энергией > 1 ГэВ, 2 — ≥ 40 мэВ; 3 — ≤ 15 мэВ

Проследим далее движение облака солнечной плазмы по направлению к Земле. Рассмотрим три момента в этом движении: через 10—30 мин, 12 ч и 40—50 ч после солнечной вспышки. Ситуация схематически изображена на рис. 24.

Положение солнечной вспышки, как ее видит наблюдатель с Земли, зависит от угла между солнечным радиусом, который проходит через место вспышки и линией Солнце-Земля. Если вспышка видна на центральном меридиане, то Земля расположена в точке А. Если же вспышка видна на удаляющейся западной полусфере, Земля будет находиться в точке В и в точке С в том случае, если вспышка видна в приближающейся восточной полусфере. В первый промежуток времени солнечные протоны быстро распространяются в межпланетном пространстве. Они достигают земной орбиты вначале в точке В , а затем в точке А , поскольку они движутся вдоль силовых линий межпланетного магнитного поля. В этот начальный период в точке С протоны не наблюдаются.

Примерно через 12 ч после вспышки солнечная плазма и генерированная в ней ударная волна проходят половину расстояния до Земли. Релятивистские солнечные протоны распространяются во внешнюю межпланетную среду. Как ударная волна, так и движущаяся вперед плазма замедляются и пересекают земную орбиту примерно через 40—50 ч после вспышки (рис. 24, в).

На рис. 25 показано пересоединение геомагнитных силовых линий и силовых линий межпланетного магнитного поля в разных секторах межпланетного магнитного поля (положительном и отрицательном), а также дано направление движения солнечных электронов.

Рис. 25. Схема, показывающая пересоединение геомагнитных силовых линий и силовых линий межпланетного магнитного поля, когда Земля находится в положительном секторе (вверху) и отрицательном секторе (внизу) межпланетного магнитного поля

Стрелками с точкой около силовых линий показано направление движения солнечных электронов

При прохождении фронта ударной волны мимо Земли магнитосфера «погружается» в солнечный ветер. Солнечный ветер имеет повышенные значения скорости, плотности и температуры. Это приводит к внезапному сжатию магнитосферы. Магнитометры на поверхности Земли регистрируют в это время внезапное увеличение горизонтальной компоненты геомагнитного поля. Это и есть начало геомагнитной бури. Примерно в это же время вне магнитосферы и в полярных областях часто наблюдается сильное увеличение солнечных протонов низкой энергии.

Когда ударная волна, несущая облако плазмы, действует на магнитосферу, последняя становится неустойчивой. Во внешней магнитосфере образуется большой поток частиц с большой энергией. На этой стадии растут и затухают системы интенсивных электрических токов, которые вызывают магнитосферные возмущения.

Рассмотрим, какие процессы в околоземном пространстве происходят, когда электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца действует на магнитосферу и атмосферу Земли.

Электромагнитное излучение Солнца, приходящее к Земле во время солнечных бурь, воздействует на земную атмосферу примерно через 10 мин после солнечных явлений. После момента подхода быстрых частиц к орбите Земли магнитосфера в течение нескольких дней оказывается окруженной потоком энергичных частиц. Часть из этих частниц проникает в верхнюю атмосферу в высоких широтах северного и южного полушарий.

Вслед за энергичными частицами, которые быстро распространялись в межпланетном пространстве, следует облако солнечной плазмы, которое пересекает межпланетное пространство со скоростью ~500—1000 км/с. Как уже говорилось, в солнечном ветре генерируется ударная волна, несколько опережающая плазменное облако. Когда межпланетная ударная волна и солнечная плазма сталкиваются с магнитосферой Земли, наступает магнитосферная буря. Магнитосфера Земли погружена в непрерывно изменяющееся межпланетное магнитное поле, которое имеет секторную структуру. Она обусловлена тем, что в различных частях солнечного диска развиваются и затухают несколько центров активности. В каждой секторной структуре систематически изменяются плотность солнечного ветра, его скорость и напряженность магнитного поля.