Статья: ПОЛЯРНЫЕ СИЯНИЯ В ПЕРИОДЫ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ БУРЬ: ВИЗУАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ SAR-ДУГИ В ИРКУТСКЕ ВО ВРЕМЯ СОБЫТИЯ КЭРРИНГТОНА 1859 Г (2025)

На Солнце наблюдалась аномальная активность в районе солнечного пятна 3664 8-10 мая 2024 г., что привело к солнечным вспышкам, которые считаются самыми интенсивными в текущем солнечном цикле. Полярные сияния происходили в нескольких регионах по всему миру. Рано утром 12 мая 2024 г. вблизи самой высокой вершины Султаната Оман команда оманских энтузиастов астрофотосъемки задокументировала редкое событие, когда-либо наблюдавшееся в этом регионе. Полярные сияния часто возникают в так называемых зонах аврорального овала вокруг геомагнитных полюсов, куда магнитное поле Земли направляет заряженные частицы, проникающие из солнечного ветра. Это происходит, когда облако заряженных частиц выбрасывается в сторону Земли в результате мощной вспышки на Солнце. Иногда эти частицы могут вызвать полярное сияние в тех местах, где оно встречается чрезвычайно редко на протяжении всей истории человечества. Наблюдение с горы Джебель-Шамс, расположенной вдали от полярных регионов (на 23° севернее экватора), предоставляет уникальную возможность изучить такое явление в регионе, где полярные сияния исключительно редки. Мы исследуем факторы, способствующие наблюдению полярного сияния в Омане, включая геомагнитные условия и роль области солнечных пятен AR3664 в солнечной активности, а также местные условия в Омане, которые способствовали видимости этого полярного сияния. Понимание этой динамики может расширить наши знания о механизмах, определяющих видимость полярных сияний в более низких широтах, и дать ценную информацию о глобальном воздействии солнечных бурь. Это исследование также подчеркивает, насколько важно регистрировать полярные сияния в таких регионах, как Аравийский полуостров, где они происходят крайне редко.

В спектрограф космических лучей им. А. И. Кузьмина в Якутске входят нейтронный монитор 24-NM-64 и система подземных мюонных телескопов на газоразрядных (MT) и сцинтилляционных (SMT) счетчиках для регистрации мюонов на уровнях 0, 7, 20 и 40 м водного эквивалента. Температурный эффект мюонов, наблюдаемых с помощью MT, был рассмотрен в предыдущей работе [Янчуковский, 2023]. Здесь мы вычисляем температурный эффект мюонов, регистрируемых SMT. Распределения плотности температурных коэффициентов для мюонов, регистрируемых на поверхности и на различных глубинах под землей, найдены по данным SMT за период с января 2016 г. по декабрь 2018 г. с привлечением данных по высотному профилю температуры атмосферы над Якутском за этот же период. При анализе многомерных данных применен метод главных компонент. При построении системы линейных уравнений в пространстве главных компонент привлечен метод проекций на скрытые структуры (projections to latent structures, PLS2). Полученные результаты сопоставлены с результатами теоретических расчетов. Найденные распределения плотности температурных коэффициентов позволяют корректно учитывать температурный эффект в данных, регистрируемых мюонными телескопами.

Корреляционные кривые многочастотного Сибирского радиогелиографа (СРГ) - чувствительный индикатор и наглядная форма мониторинга микроволновой жизни активного Солнца. В статье приводится вывод оценочных соотношений и кратко обсуждается вклад в корреляционный отклик радиогелиографа спокойного Солнца, активных областей, радиовсплесков, спутников и и атмосферного поглощения. Оценки получены в предположении, что центры активности и спокойное Солнце являются однородными дисками разных размеров и яркости. Чувствительность корреляционных кривых к слабым источникам малых угловых размеров обусловлена их широким пространственным спектром. Широкий спектр означает появление заметного интерферометрического отклика у каждой пары антенн, поэтому суммарный отклик существенен. Корреляционные кривые позволяют оценить пространственные размеры источника радиовсплеска на разных частотах, но не позволяют рассчитать форму его радиоспектра. Изменчивость во времени содержания воды в атмосфере создает колебания величины принимаемого потока солнечного радиоизлучения. Корреляционный отклик в значительно меньшей степени подвержен влиянию данного фактора.

На основе измерений на региональных станциях сверхдлинноволнового радиопросвечивания и на спутниках миссии Swarm исследован отклик нижней и верхней ионосферы на прохождение внетропических циклонов в Дальневосточном регионе России в период 2014-2023 гг. Для двенадцати циклонов обнаружено, что возмущения в нижней ионосфере, отмечаемые по вариациям амплитуды и фазы СДВ-сигнала, а также сопряженные с ними вариации электронной плотности в верхней ионосфере на активной стадии циклонов соответствуют прохождению атмосферных внутренних гравитационных волн и их диссипации, что продемонстрировано на нескольких примерах. Рассмотрены механизмы воздействия внутренних атмосферных волн на ионосферу, позволяющие интерпретировать наблюдаемые в нижней ионосфере вариации фазы СДВ-сигнала и вариации электронной плотности в верхней ионосфере.

По данным наземных наблюдений на геофизической станции «Ловозеро» и радиофизическом полигоне «Туманный» ПГИ анализируется влияние изменений поглощения космического радиошума в нижней ионосфере на выход авроральных шипений к земной поверхности. Рассмотрены три всплеска авроральных шипений, окончание которых сопровождается ростом риометрического поглощения до 0.6-2.2 дБ. Моделирование их распространения из магнитосферы к земной поверхности в условиях возмущенного профиля электронной концентрации, обусловленного высыпаниями энергичных электронов, показало, что даже небольшое значение 0.6 дБ поглощения в ионосфере вызывает ослабление аврорального шипения на 45-50 дБ относительно его мощности на высоте 800 км. Расчеты показывают, что при таком поглощении мощность шипения у земной поверхности сопоставима с уровнем естественного шума волновода Земля-ионосфера, а при значении риометрического поглощения 2.2 дБ можно ожидать полного прекращения регистрации авроральных шипений на земной поверхности.

Проведено исследование морфологических особенностей полусуточных вариаций вероятности появления спорадического слоя Es P Es и высоты слоя h Es над Иркутском (52.3° N, 104.3° E) на основе данных ионозонда DPS-4 за 2003-2021 гг. Путем усреднения за все годы рассчитываются суточные вариации P Es и h Es для каждого месяца. Отмечается, что P Es достигает максимумов при спаде h Es и что наблюдается асимметрия максимумов P Es: утренние максимумы больше вечерних. Эти особенности интерпретируются на основе понятия оптимальной высоты образования Es и роли фотоионизации в формировании этого спорадического слоя.

Электрический потенциал ( ЭП ) ионосферы используется в качестве гелиогеофизического параметра при анализе тропосферного отклика на солнечное воздействие во время мощных геомагнитных бурь в 23-м цикле солнечной активности. На основе наблюдательных данных показано, что отклик метеопараметров происходит одновременно с вариациями ЭП во время очень большой магнитной бури 20 ноября 2003 г., вызванной экстремально геоэффективным событием. Тропосферный отклик сдвигается по времени относительно максимума ЭП во время очень большой магнитной бури 15 июля 2000 г.: увеличение высоты слоя осажденной воды наблюдается через 6 ч; уменьшение уходящей длинноволновой радиации - через 12 ч; увеличение верхней облачности - через 18 ч. Обнаружено, что амплитуда отклика метеопараметров на вариации ЭП примерно вдвое меньше во время магнитной бури 15 июля 2000 г. по сравнению с тропосферным откликом во время геомагнитной бури 20 ноября 2003 г.

Со времени обнаружения в 1993-1998 гг. явления аномального охлаждения и оседания средней и верхней атмосферы сложились две концепции, объясняющие его происхождение техногенными процессами. Обе делают упор на различных следствиях одной причины - сжигания углеродного топлива в промышленных масштабах. Основу первой концепции составляет гипотеза о ключевой роли в этом процессе убыли содержания кислорода в атмосфере. Возникшая несколько позже вторая модель связывает наблюдаемые эффекты с ростом в атмосфере парниковых газов, прежде всего СО2. В прошедшие годы предпринимались многочисленные попытки подтвердить предположение о доминировании второго механизма в формировании многолетнего тренда климата средней и верхней атмосферы. Однако все они оказались тщетными. Сегодня, во-первых, подтверждается справедливость первой гипотезы, признающей ведущую роль кислорода в изменении климата верхних слоев атмосферы, во-вторых, выявляются ошибки, ставшие причиной отказа от этого заключения. Становится очевидным, что техногенные процессы, влияющие на атмосферу, приводят к двум разнонаправленным явлениям: а) глобальному потеплению тропосферы; б) глобальному охлаждению термосферы, а именно: экстремальный рост массы СО2 нагревает нижние слои атмосферы, а ее верхние слои охлаждает даже малозаметная по отношению к общей массе убыль О2. Поскольку ничто не указывает на спад в ближайшие годы техногенной активности мировой цивилизации, для адекватного прогнозирования последствий роста загрязнения атмосферы, по-видимому, следует учитывать фактор влияния убыли содержания кислорода на состояние околоземного космического пространства.

В работе проведен анализ зависимостей коэффициентов вихревой диффузии в направлениях X, Y и Z системы координат GSM от плазменного параметра β с учетом расстояния от Земли, направления межпланетного магнитного поля и условий геомагнитной активности в хвосте магнитосферы по данным Magnetospheric Multiscale Mission (MMS). Данные параметры определяются величинами среднеквадратичных скоростей ионов и их автокорреляционными временами. Коэффициенты вихревой диффузии характеризуют величину турбулентного транспорта в хвосте магнитосферы и являются параметрами модели турбулентного плазменного слоя. Анализировалось более 20000 12-минутных интервалов, во время которых спутники MMS находились внутри области с плотностью плазмы более 0.1 см-3 и средней энергией ионов более 0.5 кэВ. Показано, что с возрастанием плазменного параметра растут и коэффициенты вихревой диффузии. Данный рост прекращается при β~1. Анализ относительного вклада изменений среднеквадратичной скорости и автокорреляционного времени в коэффициент вихревой диффузии показал отсутствие существенной зависимости от автокорреляционного времени.

Приведены результаты комплексных наблюдений проявлений космической погоды во время геофизических событий в конце октября - начале ноября 2021 г. на Якутской меридиональной геофизической сети ИКФИА СО РАН, включающей в себя комплекс различных научных приборов установленных на станциях «Якутск», «Маймага», «Жиганск» и «Тикси» (нейтронные мониторы, ионозонд, риометр, приемники ОНЧ-радиошумов и сигналов навигационных радиостанций, магнитометры), а также комплекс оптических приборов установленных на ст. «Маймага». Представлены результаты анализа явлений, происходивших в околоземном космическом пространстве, ионосфере и атмосфере Земли в северо-восточном секторе Сибири. Изучены свойства наблюдавшихся в это время геофизических эффектов проявления космической погоды: форбуш-понижений космических лучей, геомагнитной бури и суббури, риометрического поглощения, возникновения электроструи, квазипериодических широкополосных радиошипений. Проведена оценка изменения эффективной высоты волновода Земля-ионосфера, критических частот F2-слоя ионосферы, поглощения радиоволн коротковолнового диапазона, температуры нейтральной атмосферы, лучистой полосы сияния в эмиссиях 557.7 и 630.0 нм, а также области интенсивных полярных сияний и авроральной красной дуги (SAR-дуга).

По данным SDO/HMI изучена динамика мелкомасштабных элементов магнитного поля в фотосфере при образовании активной небольшой области USAF/NOAA 12761. Выбор этой области обусловлен тем, что она образовалась вблизи центральной меридианы в как минимум 11-летнем цикле солнечной активности при сильных фоновых магнитных полях. Установлено, что за двое суток до начала обучения для наблюдения первоначально мелкомасштабная структура магнитных полей образует цепочки элементов с учетом полярностей. Структура цепочек создает устойчивую линию разделения полярностей (ЛРП). В первые сутки ориентация ЛРП меняется с квазиширотной на квазимеридиональную. После сравнения результатов с соседними теоретическими моделями был сделан вывод, что наблюдаемая динамика элементов магнитных цепочек согласуется с моделями выхода жгута магнитного потока на уровне фотосферы.