Ультранизкочастотные волны в околоземном пространстве как активный фактор космической погоды

Длиннопериодные геомагнитные пульсации (периоды минуты – десятки минут) это проявление ультранизкочастотных (УНЧ) волн в магнитосферной плазме. Они заполняют большую часть магнитосферы и традиционно используются для диагностики околоземного пространства. Но УНЧ-волны могут играть и активную роль в возмущениях космической погоды, в том числе опасных для спутниковых и наземных технологических систем. Несмотря на активное изучение процессов генерации и распространения УНЧ-волн, остается ряд нерешенных проблем. Это относится к физически наиболее сложным задачам о взаимодействии квазимонохроматических Рс5 волн с быстрыми частицами, в которых не работают упрощенные модели, и к свойствам иррегулярных пульсаций Pi3. Изменения геомагнитного поля вызывают геоиндуцированные токи (ГИТ) в протяженных заземленных проводниках, что приводит к сбоям в работе энергетических и транспортных систем. Максимальные амплитуды ГИТ связаны с Pi3 пульсациями, однако уровень понимания механизмов генерации и количественного описания этих пульсаций невысок. В рамках данного проекта планируется получить новые знания о физической природе Pi3, количественно описать их пространственные и временные масштабы на Земле и в магнитосфере. Анализ Pi3 пульсаций будет проведен с помощью спутниковых наблюдений в хвосте магнитосферы (THEMIS/CLUSTER), на геостационарной орбите (GOES), в авроральной области (Арктика-М), на радарах ЕКВ и MAGW, камерами всего неба, и на сети магнитных станций, расположенных вдоль арктического побережья РФ. Будет выполнена проверка гипотезы о наличии двух типов суббурь – с Pi3 пульсациями и без них. В зависимости от наличия устойчивой кластеризации будет проведен анализ с использованием методов машинного обучения для поиска связи выявленных типов с параметрами межпланетного пространства. Одним из наиболее опасных для спутников процессов в магнитосфере является возрастание потока релятивистских электронов («электронов-убийц» спутниковой электроники) во внешнем радиационном поясе. Это приводит к росту на 1-3 порядка потока быстрых электронов в областях магнитосферы, где проходят орбиты спутников GPS. Есть гипотезы о возможности ускорения электронов УНЧ волнами, и обнаружена корреляция между мощностью УНЧ вариаций и потоком релятивистских электронов на геостационарной орбите. Однако, в целом задача о вкладе пульсаций Pc5/Pi3 в ускорение электронов остается нерешенной. В ходе выполнения проекта предполагается оценить вклад Pc5/Pi3 пульсаций в ускорение электронов. В магнитосфере резкие градиенты плазмы могут быть источником поверхностных волн (ПВ). Многоспутниковые измерения для отдельных событий получили экспериментальные подтверждения наличия таких возмущений на магнитопаузе, но до сих пор не разработаны критерии разделения ПВ и резонансных колебаний силовых линий по данным наземных измерений. В ходе выполнения проекта предполагается разработать и апробировать такие методы. Синхронный анализ данных дневной границы замкнутых силовых линий на SuperDARN радаре и цепочке магнитометров поможет выявить наземный отклик на ПВ на дневной магнитопаузе. Область аврорального овала является зоной наиболее яркого проявления магнитосферно-ионосферного взаимодействия. С ней связаны наиболее катастрофические последствия возмущений космической погоды: самые интенсивные ГИТ и максимальные уровни ионосферных возмущений. Активное взаимодействие УНЧ волн с авроральными электронами и модуляция ими ионосферной проводимости приводит к возникновению «альвеновской авроры». Предполагается изучить связь вариаций пространственного распределения УНЧ волн, электронов внешнего радиационного пояса и аврорального овала. Для анализа будут использованы данные УФ детектора спутников Polar и IMAGE, спутников Арктика-М и Arase, а также наземных магнитометрических сетей. Теоретически будет решен вопрос о возможности возникновения продольного электрического поля у дрейфово-компрессионных и альвеновских мод в многокомпонентной плазме и его роли в ускорении авроральных электронов.