Borok, Russian Federation
Borok, Russian Federation
Moscow, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
UDK 55 Геология. Геологические и геофизические науки
We study frequency modulation of serpentine emission (SE), using data from the Vostok Antarctic station. It is shown that the previously observed 5-minute modulation of the SE carrier frequency is the most prominent and stable in the emission spectrum. Frequency fluctuations of this period are present in about 70 % of the total SE observation time under moderately quiet geomagnetic conditions (Kp=0–2). We performed a per-pixel processing of SE dynamic spectra and found that the power spectrum of the signal frequency modulation contains a clearly visi-ble peak at periods close to 5 minutes. A detailed study shows the emission spectrum matching the frequency range of the solar photospheric oscillations. The results of the analysis allow us to conclude that the 5-minute modulation of the SE carrier frequency can be viewed as a reflection of photospheric fluctuations with the same period that is typical for the solar eigenoscillations.
serpentine emission, frequency modulation, power spectrum, photospheric oscillations
ВВЕДЕНИЕ
Серпентинная эмиссия — квазинепрерывные геомагнитные пульсации, которые часами, а иногда и сутками наблюдаются в области полярной шапки в спокойной и умеренной геомагнитной обстановке. Основное свойство этого излучения определяется глубокой модуляцией несущей частоты, изменяющейся на 1–2 октавы в диапазоне частот от 0.01 до 5 Гц. Излучение было обнаружено в 70-е годы прошлого столетия в Антарктиде на ст. Восток [Гульельми, Довбня, 1973, 1974; Guglielmi, Dovbnya, 1974]. Характерные свойства SE позволили предположить, что частотно-модулированные колебания проникают в полярные шапки из межпланетной среды, где они возбуждаются в виде ионно-циклотронных волн в результате неустойчивости плазмы с анизотропным распределением ионов по скоростям [Гульельми, Довбня, 1973, 1974; Guglielmi, Dovbnya, 1974]. В дальнейшем эмиссия была также зарегистрирована на станции «Дэвис» [Morris, Cole, 1987] и в Северном полушарии на арктической станции «Ню-О́лесунн», Шпицберген [Asheim, 1983]. Cвойства SE обсуждались и уточнялись в работах [Гульельми, Довбня, 1973, 1974; Guglielmi, Dovbnya, 1974; Гульельми, 1979; Troitskaya, 1979; Fraser-Smith, 1982; Asheim, 1983; Morris, Cole, 1986, 1987; Guglielmi, Pokhotelov, 1996]. Одна из недавно обнаруженных особенностей серпентинной эмиссии состоит в том, что в спектре SE присутствует устойчивая, длящаяся несколько часов 5-минутная модуляция несущей частоты [Guglielmi et al., 2015]. Подобный пример показан на рис. 1.
Рис. 1. Пример динамического спектра H- и D-компонент SE с 5-минутной модуляцией несущей частоты
Факт совпадения периода обнаруженной в спектре SE частотной модуляции с 5-минутным периодом, характерным для колебаний фотосферы Солнца, представляет несомненный интерес, так как, по всей видимости, свидетельствует о существовании генетической связи частотной модуляции эмиссии с пульсациями солнечной поверхности.
В настоящей работе более детально исследуются спектральные особенности SE по наблюдениям на обсерватории Восток за 1966–1971 гг.
1. Asheim S. Serpentine emissions in the polar magnetic field. Oslo, 1983, 8 р. (Rep. Ser. No. 83–38, Inst. of Physics).
2. Christensen-Dalsgaard J. Helioseismology. Rev. Mod. Phys. 2002, vol. 74, pp. 1073–1129. DOI: 10.1103/RevModPhys. 74.1073.
3. Dovbnya B.V., Zotov O.D., Klain B.I., Kurazhovskaya N.A. Dynamics of the SE-type emission before intense proton flares on the Sun. Geomagnetism and Aeronomy. 1994, vol. 34, no. 3, pp. 419–421.
4. Elsworth Y., Howe R., Isaak G.R., McLeod C.P., Miller B.A., van der Raay H.B., Wheeler S.J., New R. Performance of the BISON network 1981-present. Helio- and Astero-Seismology from Earth and Space (GONG’94): Proc. San Francisco, 1995. рр. 392–397. (ASP Conference Ser. No. 76 / Eds. R.K. Ulrich, E.J. Rhodes, Jr., and W. Dappen).
5. Fraser-Smith A.C. ULF/lower-ELF electromagnetic field measurements in the polar caps. Rev. Geophys. Space Phys. 1982, vol. 20, pp. 497–512. DOI: 10.1029/RG020i003p00497.
6. Guglielmi A.V. MGD-volny v okolozemnoi plazme [MHD Waves in the Near-Earth Plasma]. Moscow, Nauka Publ., 1979, 139 p. (In Russian).
7. Guglielmi A.V., Dovbnya B.V. Hydromagnetic emission of the interplanetary plasma. Pis’ma v ZhETF [JETP Letters]. 1973, vol. 18, iss. 10, pp. 601–604. (In Russian).
8. Guglielmi A.V., Dovbnya B.V. Hydromagnetic emission of the interplanetary plasma. Astrophys. Space Sci. 1974, vol. 31, pp. 11–29.
9. Guglielmi A.V., Dovbnya B.V. Observations of geomagnetic pulsations in the range of 0–2 Hz with deep modulation of the carrying frequency. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1974, vol. 14, no. 5, pp. 868–870. (In Russian).
10. Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A. Geoelectromagnetic Waves. Bristol, Philadelphia, IOP Publ. Ltd., 1996. 402 p.
11. Guglielmi A., Potapov A., Dovbnya B. Five-minute solar oscillations and ion-cyclotron waves in the solar wind. Solar Phys. 2015, vol. 290, no. 10, pp. 3023–3032. DOI: 10.1007/ s11207-015-0772-2.
12. Morris R.J., Cole K.D. “Serpentine emission” at the high latitude station Davis (17–23 September 1981). Exploration Geophys. 1986, vol. 17, p. 15. DOI: 10.1071/EG986015.
13. Morris R.J., Cole K.D. “Serpentine emission” at the high latitude Antarctic station, Davis. Planet. Space Sci. 1987, vol. 35, pp. 313–328. DOI: 10.1016/0032-0633(87)90158-9.
14. Potapov A.S., Polyushkina T.N., Pulyaev V.A. Observations of ULF waves in the solar corona and in the solar wind at the Earth's orbit. J. Atmos. Solar-Terrestrial Phys. 2013, vol. 102, pp. 235–242. DOI: 10.1016/j.jastp.2013.06.001.
15. Troitskaya V.A. Geomagnetic pulsations in the polar cap. International Workshop on Selected Topics of Magnetospheric Physics. Magnetospheric Study: Proc. Tokyo, Japanese IMS Comm., 1979, pp. 121–123.
