Марчук Р.А., Потапов А.С., Мишин В.В. Синхронные глобально наблюдаемые ультракороткопериодные импульсы.

Исследованы свойства импульсных возмущений в геомагнитном поле, которые наблюдаются синхронно на сетях индукционных магнитометров Института солнечно-земной физики (ИСЗФ СО РАН) и канадских станций проекта CARISMA. Особенностью обнаруженных в работе импульсов является то, что их частотный диапазон (f~5–30 Гц) лежит на стыке диапазонов двух классов электромагнитных колебаний: ультранизкочастотных (УНЧ) колебаний (f<5–10 Гц), или геомагнитных пульсаций, и сверхнизкочастотных (СНЧ) колебаний (f~30–300 Гц) — и ранее был плохо изучен. Исследование представляет несомненный интерес с точки зрения физики процессов в сложной системе магнитосфера–ионосфера–атмосфера. Проведен морфологический анализ обнаруженных импульсов по данным станций ИСЗФ СО РАН, результатами которого явились статистические характеристики импульсов, построены их динамические спектры и выявлен ряд необычных свойств, отличающих их, с одной стороны, от импульсного типа геомагнитных пульсаций (иррегулярные пульсации типа Pi1B), а с другой — от более высокочастотных КНЧ и ОНЧ-сигналов (атмосфериков, свистов и т. д.). На основе полученных результатов выдвинуто предположение о том, что источником исследуемых импульсов могут служить электрические спрайты, вызываемые мощными грозами на средних и низких широтах. Используя результаты статьи [Wang et al., 2019] по пространственной и временной фиксации спрайтов в Северном Китае, мы подтвердили возникновение ультракороткопериодных импульсов вслед за возникновением спрайтов. Грозовая активность, как локальная, так и глобальная, считается одним из основных источников возбуждения ионосферного альвеновского резонатора (ИАР), играющего важную роль в осуществлении связи между ионосферой и магнитосферой. Возможно, что именно рассматриваемые в работе импульсные колебания являются одним из агентов, посредством которых энергия гроз передается в ИАР, включая тем самым в цепочку рассматриваемых связей и атмосферу.

Гульельми А.В., Клайн Б.И., Потапов А.С. Волны Альвена: к 80-летию открытия.

Статья посвящена юбилею открытия волн Альвена. Представление о волнах Альвена сыграло выдающуюся роль в становлении и развитии космической электродинамики. Их отличительная особенность состоит в том, что в каждой точке пространства вектор групповой скорости и вектор внешнего магнитного поля коллинеарны друг другу. В результате волны Альвена могут переносить импульс, энергию и информацию на большие расстояния. Мы кратко описываем два резонатора Альвена, один из которых формируется в ионосфере, а второй, предположительно, существует в радиационном поясе Земли. Существование ионосферного резонатора обосновано теоретически и подтверждено многочисленными наблюдениями. Второй резонатор располагается между точками отражения, расположенными высоко над Землей симметрично относительно плоскости геомагнитного экватора.

Potapov A.S., Guglielmi A.V., Klain B.I. Ratio between discrete IAR frequencies from observations in the solar cycle 24.

Two types of standing Alfvén waves can exist in the ionospheric Alfvén resonator (IAR). The first of them (type 1) corresponds to the case when an antinode of oscillations of the magnetic field of a standing Alfvén wave occurs at the lower boundary of the resonator. The second type corresponds to the case when a node of magnetic field oscillations occurs at the lower boundary. The paper proposes an original technique that makes it possible to experimentally determine which of the two indicated types is observed in the experiment. The methodology is based on the idea that in the first case the harmonics of oscillations are odd, i.e. are multiples of 3, 5, 7, 9, while in the second case the harmonics are multiples of the fundamental frequency: 2, 3, 4, 5, and so on (type 2 of standing waves). Using ground-based observations of the IAR emissions at obs. Mondy from 2009 to 2019, we have shown that events with an odd ratio of harmonics are most often observed.

Гульельми А.В., Клайн Б.И., Потапов А.С. О спектре ультранизкочастотных колебаний ионосферы в диапазоне Рс1.

Представление о волнах Альвена играет ключевую роль в теории ультранизкочастотных (УНЧ) электромагнитных колебаний космического происхождения. Наша статья посвящена 80-летию открытия волн Альвена. Мы сосредоточили внимание на ионосферном резонаторе Альвена (Ionospheric Alfvén Resonator, или сокращенно IAR). В IAR возбуждаются УНЧ колебания в диапазоне Рс1 (0.2–5 Гц). При вычислении спектра колебаний в рамках стандартной модели предполагается, что IAR является автономной динамической системой. В отличие от этого мы рассматриваем IAR как специфическую подсистему общей системы альвеновских колебаний геомагнитных силовых линий. Другими словами, мы исходим из представления о том, что IAR, вообще говоря, не является автономной колебательной системой. Задача о спектре IAR обсуждается в данной статье в рамках общей задачи о спектре МГД колебаний магнитосферы Земли. Сформулирована соответствующая задача Штурма-Лиувилля. Аналитические решения задачи рассмотрены в ВКБ-приближении. Указано на необходимость численного решения задачи о спектре IAR ввиду довольно сложного распределения скорости Альвена вдоль геомагнитных силовых линий.

Гульельми А.В., Клайн Б.И., Потапов А.С. Ультранизкочастотные резонаторы: к 80-летию открытия волн Альвена

Представление о волнах Альвена, введенное в науку 80 лет тому назад, сыграло большую роль в становлении и развитии космической электродинамики. Волны Альвена отличаются тем, что в каждой точке пространства вектор групповой скорости и вектор внешнего магнитного поля коллинеарны друг другу, благодаря чему волны могут переносить импульс, энергию и информацию на большие расстояния. В память о выдающемся событии мы кратко описываем два резонатора Альвена, один из которых располагается высоко над Землей, в радиационном поясе, а второй – в ионосферных слоях. Оба резонатора имеют дискретный спектр в верхней части диапазона ультранизкочастотных колебаний естественного происхождения (ориентировочно от 0.2 до 7 Гц). Особо подчеркивается теснейшая связь представления о волнах Альвена с сегодняшними проблемами электродинамики геофизических сред.

Потапов А.С., Полюшкина Т.Н., Гульельми А.В., Ратовский К.Г., Москалев И.С. Спектральный анализ излучения ИАР для определения величины и изменчивости максимума электронной концентрации NmF2

Эта методическая статья рассматривает возможность оценки в разных условиях максимума электронной концентрации области F2 ионосферы (NmF2) по данным о частоте спектральных полос (гармоник) излучения ионосферного альвеновского резонатора (ИАР). Описана простая методика отслеживания частоты спектральных полос в течение суток по измерению их положения на графике суточного динамического спектра ИАР. С привлечением расчетов в рамках глобальной ионосферной модели IRI-2016 проверена корректность сравнения измеренных в одной точке частот резонансных полос с данными радиозондирования, выполнявшегося в других точках, удаленных от пунктов измерения частот ИАР на некоторое расстояние. Предложен алгоритм сравнения измеряемой радиозондом NmF2 с частотами спектральных линий путем предварительного вычисления оценочного фактора. Он формируется на основе нелинейной комбинации частот трех наблюдаемых гармоник. Затем временной ряд этого фактора сравнивается с результатами радиозондирования, и вычисляются коэффициенты корреляции и регрессии, подсчитываются ошибки оценок. На материале редких случаев круглосуточного наблюдения излучения ИАР в зимние месяцы 2011–2012 гг. была прослежена зависимость средней ошибки определения максимума электронной концентрации от местного времени. Приведены данные о наиболее благоприятных интервалах местного времени для определения NmF2 по данным о частотах гармоник ИАР в зависимости от сезона. Обсуждаются некоторые дополнительные факторы, влияющие на точность оценок и определяющие частотный диапазон излучения ИАР.