Курсовая работа: Корреляционный анализ солнечной и геомагнитной активностей

3.1 Магнитосферные бури и суббури

Ударная волна и облако плазмы движутся со скоростью @1500 км/с и достигают Земли за 1,5-2 суток. Длительность возникающей бури пропорциональна ширине корпускулярного потока у Земли и скорости орбитального движения Земли. Для бури продолжительностью 24 часа она составит около 13°, а для двухчасовой - @ 1° (угловая широта, равная линейной, деленной на расстояние Земля –Солнце). Средний угол раствора корпускулярных потоков около 8—9°.

Типичная магнитная буря состоит из трёх фаз. Она начинается, когда межпланетная ударная волна достигает магнитосферы и сжимает её. Т.к. переходный ударный фронт имеет небольшую толщину (несколько тысяч километров), сжатие происходит весьма быстро( минуты), и отчётливо проявляется в вариациях геомагнитного поля как резкое увеличение его напряжённости.

После сжатия магнитосферы ударной волной и до начала главной фазы бури наблюдается несколько относительно спокойных часов – начальная фаза. В этот спокойный период магнитосфера окружена СВ, поток которого ослаблен в результате форшбуш-эффекта. Продолжительность периода варьирует от 10 мин. до 6 и более часов.

Главная фаза магнитосферной бури начинается, когда магнитосферы достигает плазменное облако, породившее ударную волну. Она характеризуется последовательностью взрывоподобных процессов – магнитными суббурями.

Плазменное облако турбулентно, в частности, северо-южная компонента ММП В в потоке плазмы крайне и иррегулярна. В период, когда Земля окружена потоком, в котором поле ММП В антипаралельно земному, происходит пересоединение межпланетных и геомагнитных линий, что приводит к появлению электрического поля Е, направленного поперёк магнитного хвоста с утренней стороны на вечернюю. Таким образом, при прохождении турбулентного потока плазмы наблюдается появления многих суббурь. Турбулентный М-поток также может быть причиной магнитосферных суббурь. Электрическое поле Е обуславливает внезапное начало интенсивного направления к Земле движения плазмы в магнитном хвосте и плазмосфере. В хвосте это движение обладает компонентой, направленной к нейтральному слою, т.е. происходит сложное перераспределение плазмы.

В начальной стадии развития суббури плазменный слой становится очень тонким. Вследствие этого резко меняется направление части тока, текущего в хвосте магнитосферы. Ток из хвоста магнитосферы вытекает вдоль магнитных силовых линий в утренний сектор овала полярных сияний, течёт вдоль полуночного сектора овала и вдоль силовых линий вытекает из вечерней части овала в хвост магнитосферы.

Конвекция магнитосферной плазмы к Земле и токи вдоль силовых линий приводят к ускорению частиц плазмы. Возникает горячая плазма с температурой 107 К или более; часть этой плазмы вторгается в верхнюю атмосферу высоких широт, а другая часть заполняет плазменный слой.

Горячая плазма частично инжектируется в область захвата и образует во время бури протонный пояс (так называемый кольцевой ток) и внешний радиационный пояс (электронный). Последовательное проявление магнитосферных суббурь может привести к генерации очень интенсивного протонного пояса. Его магнитный эффект на поверхности Земли проявляется в виде уменьшения горизонтальной составляющей геомагнитного поля в низких и средних широтах.

Горячая плазма, инжектируемая в высокоширотные районы, заметно возмущает полярную ионосферу, приводя к появлению полярных суббурь. Полярная электроструя, интенсивный концентрированный электрический ток вдоль овала полярных сияний, может быть идентифицирована с ионосферной частью тока, текущего из хвоста магнитосферы. Полярная электроструя вызывает полярные магнитные суббури. Для оценки активности магнитосферных суббурь используют интенсивность полярных магнитных суббурь. Для этой цели применяются индексы АЕ, AU, AL, выводимые из вариаций горизонтальной компоненты магнитного поля на станциях, расположенных в зонах полярных сияний.

В период главной фазы бури нейтральный состав верхней атмосферы в полярной области и ионосфера в средних широтах оказываются сильно возмущёнными. Причина этого явления до сих пор окончательно не установлена. Часть протонов не протонного пояса проникает в плазмосферу и возбуждает ионно-циклотронную неустойчивость. Предполагается, что в результате образуются горячие электроды. Опускаясь на высоты ионосферы в средних широтах, они приводят к образованию среднеширотных красных дуг.[8]

3.2 Единицы напряжённости магнитного поля

Их наиболее просто можно получить в рамках представлений о магнитных полюсах. Полюса одного знака испытывают отталкивание, противоположного – притяжение. И хотя магнитные полюса являются только теоретической абстракцией, они бывают полезны для описаний взаимодействия магнитных полей и магнитов. Полюсу приписывается единичная «магнитная масса», если со стороны равного ему по величине другого полюса, расположенного на единичном расстоянии, на него действует единичная сила. В системе СГС единицами силы служат дина и сантиметр. Магнитная масса полюса равна m, если на расстоянии 1 см сила, действующая на единичную массу, будет равна m дин. На расстоянии r на единичную массу действует в этом случае сила m/ r2 дин, в на массу m1 — m1· m / r2 дин (закон Кулона).

В некотором магнитном поле в точке Р на магнитную массу m1 действует пропорционаольная ей сила, если присутствие этой массы не вызывает изменений магнитных свойств тела, создающего это поле. Такое условие выполняется, если m1 мала. Если механическую силу, действующую на магнитную массу в точке Р, разделить на m1, то получится величина, называемая напряженностью магнитного поля в этой точке. В системе СГС единица напряженности называется гаусс (Гс). Физическая размерность напряженности г1/2 /см1/2·с = дин1/2 /см. В земном магнетизме часто употребляется меньшая единица напряженности поля, гамма g: 1g = 10-5 Гс. []

3.3 Составляющие магнитного поля

В любой точке О вектор напряженности магнитного поля F (В), может быть разложен на составляющие различными способами

В одном случае этими составляющими будут F, или В, - абсолютная величина (модуль) вектора – и два угла D и I. Угол D образован направлением на север и горизонтальной составляющей Н вектора В, I есть угол между В и Н. D считается положительным, если Н отклоняется к востоку, I положительно при отклонении В вниз от горизонтальной плоскости. Величина D называется магнитным склонением и – наклонением. Вертикальная плоскость, проходящая через Н, называется (местной) плоскостью меридиана.

В другом случае для разложения F (В) используются величины X, Y, Z - северная (Х) и восточная (Y) компоненты Н и вертикальная составляющая Z, которая считается положительной, если В направлена вниз. Напряженность F (В), называемая «полной силой», Н, Z (горизонтальная и вертикальная составляющая) и X, Y измеряются в гауссах или гаммах; D и I измеряются в дуговых градусах и минутах. Все 7 величин В, Н, D, I, X, Y, Z называются магнитными элементами. Между собой они связаны следующими соотношениями:

Н = В cos I,Z = B sin I = H tg I,

X = H cos D,Y = H sin D,(1)

X2 + Y2 = H2 ,X2 + Y2 + Z2 = H2 + Z2 = B2.

Для полного описания В достаточно трех независимых элементов. Если эти элементы заданы, то любые другие могут быть получены из соотношения (1).

Обычная стрелка компаса уравновешивается, вращаясь горизонтально на вертикальной оси. Компасная стрелка, уравновешенная до намагничиванию и способная вращаться в плоскости магнитного меридиана вокруг горизонтальной оси, называется буссолью наклонения, или инклинатором. В северной полусфере Земли почти везде северный полюс магнитной стрелки направлен вниз (I положительно), в южном полушарии вниз направлен южный полюс стрелки (I отрицательно). Области положительного и отрицательного I разделены линией (называемой магнитным экватором, или экватором наклонения), вдоль которой I= 0. Магнитная стрелка (уравновешенная до намагничивания) в любой точке на этой кривой располагается горизонтально.

В точках, где горизонтальная компонента В исчезает, магнитная стрелка устанавливается вертикально. Эти точки называются полюсами магнитного наклонения, или полюсами наклонения. Две основные точки такого типа обычно называются магнитными полюсами Земли. Одна из них находится в Арктике, вторая – в Антарктиде. На эпоху 1965г. их координаты были соответственно 75°,6 с.ш., 101° з.д. и 66°,3 ю.ш., 141° в.д.

В любой точке Р на сферической поверхности имеется естественное направление, характеризующее эту точку, — радиальное направление. Поскольку Н, Z и I определяются относительно этого направления, а В вообще не требует для своего определения какого-либо направления, эти четыре составляющие можно назвать собственными магнитными элементами. Но В не может быть определено полностью только этими элементами. Чтобы определить азимут Н, нужно выбрать некоторое нулевое направление, от которого можно отсчитать магнитное склонение D. В качестве такого направления выбрано направление на северный географический полюс. Так как ось вращения Земли не связана непосредственно с конфигурацией геомагнитного поля, D (как и X, Y) определяется относительно условного направления, принятого на основе простого соглашения. Поэтому D, X и Y можно назвать относительными магнитными элементами.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7