Москва, Россия
Авроральный овал как важная область полярной ионосферы присутствует во многих исследованиях и схемах магнитосферных возмущений. Казалось бы, об овале известно все и всем. Вместе с тем в публикациях встречаются свидетельства, непонимания или неполного понимания вопроса, так что назрела необходимость обзора. Работы, в которых описаны основные особенности пространственного распределения полярных сияний, были опубликованы более полувека тому назад и стали библиографической редкостью. Мы расскажем об истории исследования распределения полярных сияний до появления идеи овала, идеи революционной, изменившей наши представления о магнитосферных процессах, расскажем, как идея эта воз-никла, развивалась, как представление о едином овале менялось и как парадигма овала стала непродуктивной (на наш взгляд) для исследования структуры магнитосферы и магнитосферных возмущений. В заключение обозначим место авроральной зоны и авроральной магнитосферы в структуре основных магнитосферных доменов.
авроральный овал, магнитосфера
ВВЕДЕНИЕ
Дорога от первых исследований географического распределения полярных сияний к парадигме овала была долгой. Десятки авторов мостили эту дорогу, их имена остались только в статьях и книгах пятидесятилетней давности, но без этих забытых исследователей мы не пришли бы к современному пониманию устройства и динамики магнитосферы. История этих исследований подробно описана в монографии С.И. Исаева (см. [Исаев, 1968] и ссылки в ней).
Кратко перечислим взятые из [Исаев, 1968] сведения об основных этапах исследований, которые привели к появлению понятия аврорального овала.
Зону повышенной частоты полярных сияний, по-видимому, первым описал Е. Лумис в 1860 г. [Loomis, 1860], обнаруживший, что частота появления полярных сияний растет при движении к полюсу до определенного предела, а затем уменьшается (до этого считалось — чем ближе к полюсу, тем сияний больше). Через двадцать лет была опубликована работа Г. Фрица [Fritz, 1881]. Зона максимальной частоты сияний Фрица, средняя по наблюдениям в течение года, располагалась на геомагнитной широте 67° в виде кольца вокруг магнитного полюса. Эти исследования затем повторялись другими авторами по новым данным (рис. 1). Теперь нам понятно, что это географическое распределение формировалось сияниями на ночной стороне.
С расширением сети геофизических обсерваторий появилось представление о второй, более высокоширотной зоне полярных сияний. На рис. 2 приведена схема из работы А.П. Никольского, который одним из первых стал развивать идею второй, внутренней зоны [Никольский, 1961]. Видно, что внутренняя зона составлена из двух спиралей. Разработкой идеи двух зон занимались затем многие исследователи полярных сияний, причем большинство представляло их в виде двух соосных колец. Сегодня очевидно, что внутренняя зона создается суточным вращением дневной части аврорального овала.
При построении зон сначала использовались изохроны — относительное число дней или часов, когда сияния наблюдались на данной станции в любом участке небосвода. С ростом числа и качества наблюдений стали использоваться изоавроры, при построении которых учитывались только сияния в зените.
1. Воробьев В.Г. Авроральное свечение в дневном каспе // Физика авроральных явлений / Под ред. Б.Е. Брюнелли, В.Б. Ляцкого. Л.: Наука, 1988. С. 86–144.
2. Воробьев В.Г., Зверев В.Л. Влияние компонент межпланетного магнитного поля на положение овала сияний в дневном секторе // Полярные сияния и свечение ночного неба. М.: Наука, 1981. № 28. С. 21–24.
3. Грингауз К.И. Малоэнергичная плазма в магнитосфере Земли // Физика магнитосферы. М.: Мир, 1972. С. 413–461.
4. Исаев С.И. Морфология полярных сияний. Л.: Наука, 1968. 167 с. URL: http://www.kosmofizika.ru/abmn/isaev/ isaev1.htm (дата обращения 09.12.2014).
5. Исаев С.И., Коротин А.Б., Фельдштейн Я.И. Совместная советско-французская экспедиция по исследованию полярных сияний // Геомагнетизм и аэрономия. 1962. Т. 2. С. 1014–1015.
6. Исаев С.И., Пудовкин М.И. Полярные сияния и процессы в магнитосфере Земли. Л.: Наука, 1972. 244 с.
7. Кузнецов С.Н., Тверская Л.В. Радиационные пояса // Модель космоса / Под ред. М.И. Панасюка, Л.С. Новикова. М.: КДУ, 2007. Т. 1. С. 518–546.
8. Лазутин Л.Л. Структура авроральной магнитосферы и взрывные процессы магнитосферной суббури // Физика авроральных явлений / Под ред. Б.Е. Брюнелли, В.Б. Ляцкого. Л.: Наука, 1988. С. 145–192.
9. Лазутин Л.Л. Авроральная магнитосфера // Модель космоса / Под. ред. М.И. Панасюка, Л.С. Новикова М.: КДУ, 2007. Т. 1. С. 547–578.
10. Лазутин Л.Л. Особенности экспансии к полюсу внешнего радиационного пояса во время магнитосферных суббурь // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54, № 2. С. 187–194.
11. Никольский А.П. О географическом распределении магнитных возмущений в околополюсной области Арктики // Докл. АН СССР. 1956. Т. 109. С. 939–941.
12. Никольский А.П. О положении второй зоны полярных сияний и связи утренних сияний с магнитными возмущениями // Полярные сияния и свечение ночного неба. М.: Изд-во АН СССР, 1961. №. 7. С. 37–42.
13. Старков Г.В. Планетарная динамика аврорального свечения // Физика околоземного космического пространства. Апатиты: ПГИ, 2000. Т. 3. С. 409–499.
14. Старков Г.В., Реженов Б.В., Воробьев В.Г. и др. Структура авроральных вторжений в дневном секторе // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т. 42, № 2. С. 186–194.
15. Старков Г.В., Фельдштейн Я.И. Изменение границ овальной зоны сияний // Геомагнетизм и аэрономия. 1967. Т. 7. С. 62–71.
16. Фельдштейн Я.И. Географическое распределение полярных сияний и азимуты дуг // Исследования полярных сияний. М.: Изд-во АН СССР, 1960. № 4. C. 61–78.
17. Фельдштейн Я.И. Некоторые вопросы морфологии полярных сияний и магнитных возмущений в высоких широтах // Геомагнетизм и аэрономия. 1963а. Т. 3. С. 227–239.
18. Фельдштейн Я.И. Пространственно-временное распределение магнитной активности в высоких широтах Северного полушария. М.: Изд-во АН СССР, 1963б. 63 с.
19. Фельдштейн Я.И., Воробьев В.Г., Зверев В.Л. Планетарные закономерности полярных сияний. Итоги МГГ: Обзор // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т. 50, № 4. С. 435–458.
20. Фельдштейн Я.И., Гальперин Ю.И. Структура авроральных вторжений в ночном секторе магнитосферы // Космические исследования. 1996. Т. 34. С. 227–247.
21. Фельдштейн Я.И., Соломатина Э.К. Некоторые вопросы географического распределения полярных сияний в Северном полушарии // Полярные сияния и свечение ночного неба. М.: Изд-во АН СССР, 1961. № 7. С. 51–67.
22. Хорошева О.В. Пространственно-временное распределение полярных сияний и их связь с высокоширотными геомагнитными возмущениями // Геомагнетизм и аэрономия. 1961. Т. 1. С. 695–701.
23. Хорошева О.В. Пространственно-временное распределение полярных сияний. М.: Наука, 1967. 82 с.
24. Хорошева О.В. Связь геомагнитных возмущений с динамикой магнитосферы и параметрами межпланетной среды // Геомагнетизм и аэрономия. 2007. Т. 47, № 5. С. 579–583.
25. Akasofu S.-I. Several “controversial” issues of substorms // Space Sci Rev. 2004. V. 113. P. 1–40.
26. Annales Geophysique. 2009. V. 27. 4073 p.
27. Elphinstone R.D. The double oval UV auroral distribution. 1. Implications for the mapping of auroral arcs // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. P. 12,075–12,092.
28. Feldstein Ya.I., Starkov G.V. Dynamics of auroral belt and polar geomagnetic disturbances // Planet. Space Sci. 1967. V. 15, N 2. P. 209–230.
29. Feldstein Y.I., Vorobjev V.G., Zverev V.L., Forster M. Investigations of the auroral luminosity distribution and the dynamics of discrete auroral forms in a historical retrospective // Hist. Geo. Space Sci. 2014. V. 5. P. 81–134.
30. Fritz H. Das Polarlight. Leipzig: Brockhaus, 1881. 76 р.
31. Hartz T.R., Brice H.M. // Planet. Space Sci. 1967. V. 15. P. 301–309.
32. Lazutin L., Korth A. Distribution of energetic particle «injections» events along the radiation belt slope // Substorms-4 / Eds. S. Kokubun, Y. Kamide. Tokyo: Terra, 1998. P. 817–820.
33. Lazutin L., Starkov G., Meng C.-I., et al. Westward traveling surge dynamics and the local structure of an isolated substorm // Adv. Space Res. 2001. V. 28, N 11. P. 1623–1629.
34. Loomis E. On geographic distribution of auroras in Northern hemisphere // Amer. J. Sci. 1860. V. 30. P. 89–94.
35. Newell P.T., Feldstein Ya.I., Galperin Yu.I., Meng C.-I. Morphology of nightside precipitation // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. P. 10737–10748.
36. Nikolskii A.P. Dual laws of the course of magnetic disturbance and the nature of mean regular variations // Terr. Magn. and Atm. Elec. 1947. V. 52. P. 147–173.
37. Starkov G.V., Feldstein Y.I., Shevnina F. Auroras on the day side of the oval during substorms // Geomagn. Aeron. 1971. V. 11. P. 72–75.
38. Stermer C. The Polar Aurora. Oxford, 1955. 76 р.
39. Weill G., Fafiotte M., Huille S., Dellaney J. // Annale de geophysique. 1965. N 3. P. 469–474.
