Р. Лукьянова*, А. Козловский**, Ф. Христиансен***

1. АСИММЕТРИЧНЫЕ СТРУКТУРЫ ПРОДОЛЬНЫХ ТОКОВ И КОНВЕКЦИИ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ, КОНТРОЛИРУЕМЫЕ АЗИМУТАЛЬНОЙ КОМПОНЕНТОЙ ММП И СЕЗОНОМ ГОДА Р. Лукьянова*, А. Козловский**, Ф. Христиансен*** * Арктический и антарктический научно-исследовательский институт ** Геофизическая обсерватория Соданкюля *** Датский национальный космический центр, ДТУ «Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

2. Interhemispheric Conjugacy Effects in Solar-Terrestrial and Aeronomy Research • Асимметрия в распределении электрических полей и токов в ионосфере северного и южного полушарий обусловлена следующими основными факторами: • - Проводимость ионосферы (сезонная и суточная вариация солнечного УФ из-за изменения солнечного зентного угла) • Продольные токи (BY компонента ММП) • Другие дополнительные факторы: положение полярной шапки, высыпания, развитие суббурь и т.п. • Комбинация различных факторов влияет на картины конвекции, которые в реальности не являются зеркальными отображениями друг друга в противоположных полушариях «Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

3. Задача: Из полных «реально наблюдаемых» картин ПТ и конвекции вычленить элементарные структуры, контролируемые BY ММП в различные сезоны года. Какова их форма? Количественные характеристики? Метод: Декомпозиция полных систем на элементы, каждый из которых обусловлен своим собственным ММП-«драйвером» P± = Dvs + Dvs + DZ + δDY± P – полная система конвекции (P+, если BY>0; P-, если BY<0) Dvs – элемент, обусловленный квази-вязким взаимодействием Dvs – пересоединение на флангах при BY≠0 DZ – пересоединение c ВZ ММП δDY - элемент, обусловленный межполушарной разностью потенциалов, создаваемой BY ММП в области открытых силовых линий Данные и инструменты: Статистические карты ПТ, полученные по данным над-ионосферных измерений магнитного поля низкоорбитальными спутниками Orsted, Magsat and CHAMP (Papitasvili et al., 2002); Двухполушарная модель конвекции (Lukianova and Christiansen, 2006) «Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

4. Статистические карты ПТ Определены отдельно для северной и южной высокоширотных областей в различные сезоны года. Северное полушарие (зима) Южное полушарие (лето) Направление BZ и BY ММП BT=5 nT Разрешение:поММПΔBT = 1 nT 0 ≤ BT≤ 10 nT по времени 1 день «Физика плазмыв солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

5. Модель глобального (N+S)распределения ионосферного электрического поляВходные параметры: карты ПТ в N и S полушариях;карты проводимости в N и S полушариях (УФ и высыпания по Hardy et al. [1987])Метод: Численное решение div J=jпроди граничные условия связи противоположных шапок (открытые линии) и средних широт (закрытые эквипотенциальные линии); Сетка с шагом θ~1° φ~7° «Физика плазмыв солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

6. Эффект BY ММП ESW = –VSW BIMFРазность потенциалов между противоположными полярными шапками Пересоединение на флангах: Эл. поле утро-вечер #1 #2 ПТ в (из) ионосферы в СВ и межполушарные ПТ; Течение плазмы вокруг полюсав противоположных направлениях для BY± – асимметричные структуры Течение через ПШ в антисолнечном направлении – одинаково для BY± «Физика плазмыв солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

7. Выделение асимметричных элементов • Декомпозиция распределений ПТ и эл. потенциала P± = Dvs + DY0 + DZ + δDY± Ляцкий 1978 «Токовые системы…» DY ± = DY0 + δDY± • Получение «дифференциальных диаграмм», т.е. разности распределений для BY- и BY+, т.е. двойной эффект #2 • δY = (P+) – (P-) ≈ (δDY+) - (δDY-) «Физика плазмыв солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

8. Продольные токиДифференциальные диаграммы[BY+] – [BY-] для двух полушарий и разных сезонов при BZ+ и BZ- BZ- BZ+ • Три типа структур ПТ: • Круг около полюса, смещенный к полудню и серп противоположной полярности на дневной стороне (лето и равноденствие, BZ+) • Два параллельных слоя на дневной стороне (лето и равноденствие, BZ–) • (3) Слабо структуированные системы: круг на полуденном меридиане около полюса и серп на утренней стороне (зима, BZ– и BZ+) «Физика плазмыв солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

9. Качественная модель распределения ПТ, обусловленных BY ММП «Идеальное» распределение: BY ММП генерирует эл. поле север-юг – круговой ПТ у полюса, его окружает межполушарный ПТ. «Более реалистичное» распределение: Проводимость ионосферы больше на дневной стороне – все сдвигается в направлении к Солнцу и межполушарный ПТ концентрируется на дневной стороне При BZ+ ПШ больше, а при BZ– меньше. «Физика плазмыв солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

10. Конвекция: Дифференциальные диаграммы[BY+] – [BY-] для двух полушарий и разных сезонов BZ+ • В равноденствие: в обоих полушариях круговые вихри у полюса, чуть сдвинутые на утреннюю сторону • Летом: Более мощные вокруг-полюсные вихри • Зимой: Квази-двухвихревая структура (может быть сдвиг ПШ, связанный с BY; или проводимость на ночной стороне зимой) «Физика плазмыв солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

11. Конвекция: Дифференциальные диаграммы[BY+] – [BY-] для двух полушарий и разных сезонов BZ+ «Физика плазмыв солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

12. Выделение асимметричных BY-структур из картин конвекции SuperDARNОтбор событий: (1) хорошее покрытие; (2) стабильное ММП,при этом BZ не меняет знака, а BY+/- Пример: October 13, 2000 12:30 – 20:00 UT BZ ~ 0 12:30 – 15:30 BY ~ - 8 nT 15:30 – 20:00 BY ~ +10 nT Дифференциальная диаграмма [BY+] – [BY-] 18:30 UT, N, BY- 14:30 UT, N, BY+ +50 kV - = -20 kV «Физика плазмыв солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

13. Соотношение между значением потенциала в центре приполюсного вихря Up [kВ] и величиной ВY ММП [nT] Up ≈ 5 ∙ BY для зимы и равноденствия Up ≈ 7 ∙ BY для зимы при BZ+. Up ≈ 6.5 ∙ BY для всех сезонов при BZ- «Физика плазмыв солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010

14. Выводы • По статистическим картам продольных токов, созданным на базе над-ионосферных спутниковых измерений магнитного поля, а также по рассчитанным по этим картам системам конвекции выделен асимметричный эффект азимутальной компоненты ММП в двух полушариях в различные сезоны. • Получено, что для условий лета и равноденствия в обоих полушариях ПТ сосредоточен у полюса в области почти круговой формы, а ПТ противоположного знака, подковообразно вытянутый вдоль широты, расположен на дневной стороне на более низких широтах. • В системе конвекции летом и в равноденствие вокруг полюса, но с некоторым смещением в предполуденный сектор, развивается интенсивный вихрь, контролируемый BY. В северной и южной шапках плазма вращается в противоположных направлениях. • В среднем, изменение интенсивности BY ММП на 1 нТл изменяет потенциал в центральной части полярной шапки (Up) на 6 кВ. «Физика плазмыв солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010