Статья: ОТКЛИК ТРОПОСФЕРЫ НА СОЛНЕЧНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ВО ВРЕМЯ МОЩНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ БУРЬ В 23-М ЦИКЛЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ (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.

В работе анализируется описание в летописях полярного сияния 2 сентября 1859 г., наблюдавшегося в Иркутске в период события Кэррингтона. Описание красной дуги очевидцем, анализ геомагнитной обстановки, публикации о визуальных наблюдениях различных форм полярных сияний на средних и низких широтах в этот период, современные инструментальные наблюдения SAR-дуг на широте Иркутска позволили допустить, что красная дуга, описанная в летописях, является SAR-дугой - одним из типов сияний в субавроральных и средних широтах, наблюдаемых во время геомагнитных бурь. Было установлено, что в Иркутске SAR-дуга наблюдалась на фазе восстановления магнитной супербури. Интенсивность SAR-дуги была оценена как ~10-20 кРл. Проекция плазмопаузы на ионосферу 2 сентября 1859 г. около 12 UT приходилась на широту Иркутска. Можно допустить, что описание полярного сияния 2 сентября 1859 г. в Иркутске является первым предметным описанием SAR-дуги, за век до ее открытия как явления в 1958 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.