ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ Влияние мелкомасштабной турбулентности солнечного ветра на состояние и волновую активность магнитосферно-ионосферной системы (итоговый)

Цель: изучение различных аспектов турбулентности (в первую очередь, волновой) плазмы солнечного ветра (СВ) и ее воздействия на волновой режим магнитосферно-ионосферной системы. Составлен атлас динамических спектров многополосного излучения ионосферного альвеновского резонатора (ИАР) по нескольким станциям наблюдения. Накоплена база наблюдательных данных, включающая амплитуды и спектральные характеристики ультранизкочастотных (УНЧ) флюктуаций, зарегистрированных в СВ в течение 23-го и 24-го циклов солнечной активности. Предложен ряд программ для обработки, визуализации и вычисления, использованные при последующем анализе (динамические спектры, ионосферные профили, многофакторный регрессионный анализ, автоматический поиск «магнитных дыр» в СВ). Подготовлены и опубликованы обзор, посвященный динамике релятивистских электронов в области геосинхронной орбиты, и краткий обзор отечественных работ, связанных с изучением внемагнитосферных источников УНЧ-колебаний и волн. Проанализированы спутниковые данные коротирующих областей взаимодействия (CIR-потоков) в СВ с целью исследования ряда статистических характеристик элементов тонкой структуры таких потоков. Изучена статистика взаимного положения фронта CIR-потока и гелиосферного токового слоя. Показано, что при прохождении CIR-потока через магнитосферу тонкая структура головной части потока (в том числе магнитные дыры) может сохраняться. Разработан алгоритм поиска магнитных дыр в альвеновских высокоскоростных потоках СВ и опробован на данных потоков, наблюдавшихся в 23-м солнечном цикле. Выявлена возможность получения информации об ионном составе магнитосферно-ионосферной плазмы на высотах от 2000 до 6000 км на основе данных о частотной структуре излучения ИАР. Получены графики высотных профилей ионного состава для кислорода, водорода и гелия. Проанализированы данные одновременных наблюдений эмиссий ИАР на трех станциях, расположенных вдоль одного меридиана от средних до авроральных широт. Выявлена достаточно надежная связь между частотами полос ионосферного резонатора и критической частотой слоя F2 ионосферы. Параметры регрессии меняются от станции к станции, но связь хорошо наблюдается вдоль всего меридиана. Предложен механизм, согласно которому низкочастотные альвеновские волны модулируют частоту ионно-циклотронных волн (0,1 - 10 Гц), возбуждаемых в плазме СВ и распространяющихся вдоль силовых линий межпланетного магнитного поля (ММП). На земле эти волны могут проявляться в виде так называемой серпентинной эмиссии (СЭ), регистрируемой в полярных шапках. Исследование ее частотной модуляции показало, что наиболее характерным и устойчивым в модуляционном спектре эмиссии является пятиминутный период. Высказано предположение, что модуляцию несущей частоты СЭ с периодом 5 мин можно рассматривать как отражение колебаний в фотосфере с тем же периодом, характерным для собственных колебаний Солнца. Значения других, менее характерных периодов солнечных колебаний полностью совпадают с набором периодов, выявленных в спектре модуляции СЭ. В низкочастотной части спектра УНЧ показано, что именно крупномасштабная альвеновская турбулентность в солнечном ветре приводит к вариациям направления силовых линий ММП, модулируя таким образом процесс генерации волн Рс3-4 (10 - 150 с) отраженными от околоземного ударного фронта протонами. Обнаружено также влияние ММП на иррегулярные непрерывные колебания типа IPCL и дискретные волновые пакеты, наблюдаемые в полярных шапках, а также на интенсивность эмиссий ионосферного резонатора. Полученные результаты в сочетании с ранее опубликованными работами закладывают основу феноменологической модели УНЧ-волнового канала солнечно-земных связей. В качестве основного элемента такого канала выступает альвеновская волновая турбулентность, зарождающаяся в фотосфере Солнца и переносимая СВ. Приходящие к Земле альвеновские волны модулируют амплитуду среднеширотных пульсаций Рс3-4 и частоту наблюдаемой в полярных шапках серпентинной эмиссии. К тому же ориентация межпланетного магнитного поля в плоскости XOZ, на которую также влияют альвеновские волны, вызывает северно-южную асимметрию таких типов УНЧ-колебаний в магнитосфере, как IPCL, эмиссии ИАР и дискретные сигналы в полярных шапках. Выполнены две прикладные работы: по разработке метода диагностики свойств ионосферы на основе слежения за частотной структурой ИАР и краткосрочного прогноза потока релятивистских электронов с использованием данных о волновой турбулентности в СВ и магнитосфере Земли.