Высыпания магнитосферных электронов, зарегистрированные в атмосфере на средней и полярных широтах в 2022–2023 годах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследование высыпаний высокоэнергичных электронов (ВВЭ) из магнитосферы в земную атмосферу является важным для изучения физических механизмов ускорения электронов во время межпланетных возмущений в околоземном пространстве, процессов формирования захваченных потоков электронов в магнитосфере и их последующего высыпания в атмосферу. Кроме этого, высыпающиеся электроны влияют на функционирование космических аппаратов и нередко приводят к значительному разрушению мезосферного озона. Долгопрудненская научная станция (ДНС) ФИАН с 1957 г. проводит непрерывные измерения потоков космических лучей на высотах 0–30 км в атмосфере полярных широт (Мурманская обл.; Антарктида) и на средней широте (Московская область). За это время зарегистрировано почти 600 случаев ВВЭ, в основном, из внешнего радиационного пояса Земли вблизи его полярной границы (по данным измерений в Мурманской области). Вместе с тем зарегистрировано несколько случаев высыпаний электронов на средней широте (Московская обл.) и на ст. Мирный в Антарктиде, в том числе в 2022–2023 гг. В работе обсуждаются межпланетные и геомагнитные условия во время этих событий. Анализ данных измерений в стратосфере позволил установить спектры поглощения вторичных тормозных фотонов и на их основе, с использованием разработанного авторами метода, определить первичные энергетические спектры высыпающихся магнитосферных электронов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. С. Махмутов

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Россия, Москва; Московская обл., Долгопрудный

Г. А. Базилевская

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук; Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Россия, Москва; Москва

А. Н. Квашнин

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Россия, Москва

М. Б. Крайнев

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Россия, Москва

Н. С. Свиржевский

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Россия, Москва

А. К. Свиржевская

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Россия, Москва

Ю. И. Стожков

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Ripoll J.‐F., Claudepierre S.G., Ukhorskiy A.Y. et al. Particle Dynamics in the Earth’s Radiation Belts: Review of Current Research and Open Questions // J. Geophys. Res. Space Physics. 2020. V. 125. Art.ID. e2019JA026735. doi: 10.1029/2019JA026735.
  2. Xiong Y., Xie L., Pu Z. et al. Responses of relativistic electron fluxes in the outer radiation belt to geomagnetic storms // J. Geophysical Research: Space Physics. 2015. V. 120. P. 9513–9523. doi: 10.1002/2015JA021440.
  3. Baker D.N., Jaynes A.N., Hoxie V.C., et al. An impenetrable barrier to ultrarelativistic electrons in the Van Allen radiaton belts // Nature. 2014. V. 515(7528). P. 531–534. doi: 10.1038/nature13956.
  4. Fennell J.F., Claudepierre S.G., O’Brien T.P. et al. VanAllen Probes show the inner radiation zone contains no MeV electrons: ECT/MagEIS data // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 1283–1289. doi: 10.1002/2014GL062874.
  5. Lyons L.R., Thorne R.M. Equilibrium structure of radiation belt electrons // J. Geophys. Res. 1973. V. 78(13). P. 2142–2149. doi: 10.1029/JA078i013p02142.
  6. Gombosi T.I., Baker D.N., Balogh A. et al. Anthropogenic space weather // Space Sci. Rev. 2017. V. 212 (3–4). P. 985–1039. doi: 10.1007/s11214-017-0357-5.
  7. Foster J.C., Erickson P.J., Baker D.N. et al. Observations of the impenetrable barrier, the plasmapause, and the VLF bubble during the 17 March 2015 storm // J. Geophys. Res. Space Physics. 2016. V. 121. P. 5537–5548. doi: 10.1002/2016JA022509.
  8. Rodger C.J., Clilverd M.A., Thomson N.R. et al. Radiation belt electron precipitation into the atmosphere: Recovery from a geomagnetic storm // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. Art.ID A11307. doi: 10.1029/2007JA012383.
  9. Claudepierre S.G., O’Brien T.P., Looper M.D. et al. A revised look at relativistic electrons in the Earth’s inner radiation zone and slot region // J. Geophys. Res. Space Physics. 2019. V. 124. P. 934–951. doi: 10.1029/2018JA026349.
  10. Kavanagh A.J., Cobbett N., Kirsch P. Radiation Belt slot region filling events: Sustained energetic precipitation into the mesosphere // J. Geophys. Res. Space Physics. 2018. V. 123. P. 7999–8020. doi: 10.1029/2018JA025890.
  11. Aplin K.L., Marlton G.J., Race V. Stratospheric X-rays detected at midlatitudes with a miniaturized balloon-borne microscintillator- PiN diode system // Space Weather. 2021. V. 19. Art.ID. e2021SW002809. doi: 10.1029/2021SW002809.
  12. Babu E.M., Nesse-Tyssoy H.N., Smith-Johnsen C. et al. Determining latitudinal extent of energetic electron precipitation using MEPED on-board NOAA/POES // J. Geophys. Res. Space Physics. 2022. V. 127. Art.ID e2022JA030489. doi: 10.1029/2022JA030489.
  13. Nesse H., Babu E.M., Salice J.A. et al. Energetic electron precipitation during slot region filling events.// J. Geophys. Res. Space Physics. 2023. V. 128. Art.ID e2023JA031606. doi: 10.1029/2023JA031606.
  14. Stozhkov Y.I., Svirzhevsky N.S., Bazilevskaya G.A. et al. Long-term (50 years) measurements of cosmic ray fluxes in the atmosphere // Adv. Space Res. 2009. V. 44. Iss. 10. P. 1124–1137. doi: 10.1016/j.asr.2008.10.038.
  15. Махмутов В.С., Базилевская Г.А., Миронова И.А. и др. Атмосферные эффекты во время высыпаний энергичных электронов // Изв. Ран. Сер. Физ. 2021. Т. 85. № 11. С. 1650–1653. doi: 10.31857/S0367676521110223. (Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Mironova I.A. et al. Atmospheric Effects during the Precipitation of Energetic Electrons// BRAS 2021. N. 11. P. 1310. doi: 10.3103/S1062873821110228)
  16. Mironova I.A., Sinnhuber V., Bazilevskaya G.A. et al. Exceptional middle latitude electron precipitation detected by balloon observations: implications for atmospheric composition // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22. P. 6703–6716. doi: 10.5194/acp-22-6703-2022.
  17. Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Stozhkov Y.I. et al. Catalogue of electron precipitation events as observed in the long duration cosmic ray balloon experiment // J. Atmospheric and Solar‐Terrestrial Physics. 2016. V. 149. P. 258–276. doi: 10.1016/j.jastp.2015.12.006.
  18. Bazilevskaya G.A., Kalinin M.S., Krainev M.B. et al. Temporal characteristics of energetic magnetospheric electron precipitation as observed during long-term balloon observations // J. Geophys. Res. Space 2020. V. 125. Iss. 11. Art.ID. e28033. doi: 10.1029/2020JA028033.
  19. Makhmutov V.S., Maurchev E.A., Bazilevskaya G.A. et al. Estimation of energy spectrum of precipitating magnetospheric electrons based on bremsstrahlung X-ray fluxes recorded in the atmosphere. // J. Geophys. Res. Space Physics. 2023. V. 128. Art.ID. e2023JA031370. doi: 10.1029/2023JA031370.
  20. Tsurutani B.T., Gonzalez W.D. The cause of high‐intensity long‐duration continuous AE activity (HILDCAAs): Interplanetary Alfvén wave trains // Planetary and Space Science. 1987. V. 35(4). P. 405–412. doi: 10.1016/0032-0633(87)90097-3.
  21. Kozyreva O., Myagkova I, Antonova E. et al. Energetic electron precipitation measured by coronas-f satellite and polar magnetic disturbances: case study of December 13, 2003 // Proc. XXXII Annual Seminar. Apatity. 2009. P. 67–70.
  22. Bland E., Bozóki T., Partamies N. Spatial extent of the energetic electron precipitation region during substorms // Front. Astron. Space Sci. 2022. V. 9. Art.ID. 978371. doi: 10.3389/fspas.2022.978371.
  23. Claudepierre S.G., O’Brien T.P., Fennell J.F. et al. The hidden dynamics of relativistic electrons (0.7–1.5 MeV) in the inner zone and slot region // J. Geophys. Res. Space Physics. 2017. V. 122. P. 3127–3144. doi: 10.1002/2016JA023719.
  24. O’Brien D., Li X., Khoo L. et al. Observations of Relativistic Electron Enhancement and Butterfly Pitch Angle Distributions at Low L(<3) // Geophys. Res. Lett. 2024. V. 51. Art.ID. e2023GL106668. doi: 10.1029/2023GL106668.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Данные измерений одиночного счетчика 11, 13 и 16.V.2022 на ст. Мирный (слева) и 20, 29.VI.2022 на ст. Долгопрудный (Москва; справа) на разных уровнях остаточной атмосферы (давления). Случаи высыпаний электронов зарегистрированы 16 мая на ст. Мирный (слева) и 20 июня на ст. Долгопрудный (справа).

Скачать (36KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Слева: спектр поглощения фотонов >20 кэВ (ΔN в зависимости от глубины остаточной атмосферы (X); ΔN — значение превышения скорости одиночного счетчика над фоном по минутным данным) во время ВВЭ 20.VI.2022 в Москве. Справа: восстановленный энергетический спектр высыпающихся электронов на границе атмосферы для этого события.

Скачать (25KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Временные изменения характеристик межпланетной плазмы и геомагнитного Dst-индекса 10–20.V.2022 и 15–25.VI.2022. Вертикальные штриховые линии указывают на время наблюдения ВВЭ в Мирном 16.V.2022 (слева) и на ст. Долгопрудный 20.VI.2022 (справа).

Скачать (67KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024