🔧На сайте запланированы технические работы
25.12.2025 в промежутке с 18:00 до 21:00 по Московскому времени (GMT+3) на сайте будут проводиться плановые технические работы. Возможны перебои с доступом к сайту. Приносим извинения за временные неудобства. Благодарим за понимание!
🔧Site maintenance is scheduled.
Scheduled maintenance will be performed on the site from 6:00 PM to 9:00 PM Moscow time (GMT+3) on December 25, 2025. Site access may be interrupted. We apologize for the inconvenience. Thank you for your understanding!

 

ИОННЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ ТОК НА ФАЗЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ БУРЬ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

По результатам измерений вблизи экваториальной плоскости потоков и спектров ионов H+ и O+ магнитосферного кольцевого тока (КТ) на спутниках Explorer-45, AMPTE/CCE, CRRES и Van Allen Probes проведен систематический анализ пространственных распределений плотности энергии этих ионов на фазе восстановления магнитных бурь. Рассмотрены 9 бурь разной силы, с max|Dst| от 59 до 307 нТл. Радиальный профиль плотности энергии ионов КТ характеризуется положением его максимума (Lm) и отношением плотностей энергии ионов и магнитного поля в этом максимуме (βm), а на L > Lm этот профиль аппроксимируется зависимостью w(L) = w0 exp(−L/L0). Получены распределения параметра Lm в зависимости от индекса Dst и от MLT, а также – параметров βm, w0 и L0 в зависимости от Dst, MLT и Lm. Для ионов H+ и O+, а также для ионов малых (E < 60 кэВ) и более высоких энергий эти распределения различны, что связано с различными скоростями потерь этих ионов. Показано, что для протонов КТ средние величины параметров Lm и βm обычно увеличиваются по мере развития фазы восстановления, и зависимость Lm(Dst) значительно сильнее, чем на главной фазе бурь. Во время сильных бурь, на быстрой фазе восстановления, средняя величина параметра L0 для ионов H+ с E ≈ 1−300 кэВ уменьшается от ~1.7 до ~1.4 (доминирование эффекта симметризации КТ по MLT), а для ионов O+ тех же энергий L0 увеличивается от ~ 0.9 до ~ 1.2 (доминирование потерь ионов КТ). По сделанным оценкам на медленной фазе восстановления, сильных бурь значительный, от 30 до 50 %, вклад в полную энергию ионного КТ может быть связан с областью на 7 < L < 10. Показано, что для некоторых бурь вклад ионов КТ на L < 10 в величину Dst хорошо описывается соотношением Десслера – Паркера – Скопке, но в других рассмотренных здесь измерениях, особенно во время очень сильных бурь, вклад КТ в величину Dst составляет не более 40−60 %, а остальное приходится на долю других токовых систем магнитосферы.

Об авторах

A. C. Ковтюх

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (НИИЯФ МГУ)

Email: kovtyukhas@mail.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Gloeckler G., Hamilton D.C. AMPTE ion composition results // Phys. Scripta. 1987. V. 18. P. 73–84. https://doi.org/10.1088/0031–8949/1987/T18/009
  2. Daglis I.A., Thorne R.M., Baumjohann W., Orsini S. The terrestrial ring current: Origin, formation, and decay // Rev. Geophys. 1999. V. 37. Iss. 4. P. 407–438. https://doi.org/10.1029/1999RG900009
  3. Ковтюх А.С. Геокорона горячей плазмы // Космич. исслед. 2001. Т. 39. № 6. С. 563–596. (= Kovtyukh A.S. Geocorona of hot plasma // Cosmic Res. 2001. V. 39. Iss. 6. P. 527–558. https://doi.org/10.1023/A:1013074126604)
  4. Keika K., Kistler L.M., Brandt P.C. Energization of O+ ions in the Earth’s inner magnetosphere and the effects on ring current buildup: A review of previous observations and possible mechanisms // J. Geophys. Res. Space Phys. 2013. V. 118. Iss. 7. P. 4441–4464. https://doi.org/10.1002/jgra.50371
  5. Williams D.J., Lyons L.R. The proton ring current and its interaction with the plasmapause: Storm recovery phase // J. Geophys. Res. 1974. V. 79. Iss. 28. P. 4195–4207. https://doi.org/10.1029/JA079i028p04195
  6. Williams D.J., Lyons L.R. Further aspects of the proton ring current interaction with the plasmapause: Main and recovery phases // J. Geophys. Res. 1974. V. 79. Iss. 31. P. 4791–4796. https://doi.org/10.1029/JA079i031p04791
  7. Kistler L.M., Ipavich F.M., Hamilton D.C. et al. Energy spectra of the major ion species in the ring current during geomagnetic storms // J. Geophys. Res. 1989. V. 94. Iss. A4. P. 3579–3599. https://doi.org/10.1029/JA094iA04p03579
  8. Ковтюх А.С. Радиальный профиль давления буревого кольцевого тока как функция Dst // Космич. исслед. 2010. Т. 48. № 3. С. 218–238. (= Kovtyukh A.S. Radial profile of pressure in a storm ring current as a function of Dst // Cosmic Res. 2010. V. 48. Iss. 3. P. 211–231. https://doi.org/10.1134/S0010952510030032)
  9. Ковтюх А.С. Параметризация пространственно-энергетических распределений ионов H+ и O+ кольцевого тока на главной фазе магнитных бурь // Геомагнетизм и аэрономия. 2024. Т. 64. № 4. С. 529–547. https://doi.org/10.31857/S0016794024040087 (= Kovtyukh A.S. Parametrization of Spatial-Energy Distributions of H+ and O+ Ions of the Ring Current on the Main Phase of Magnetic Storms // Geomagnetism and Aeronomy. 2023. V. 63. Suppl. 1. P. S110–S127. https://doi.org/10.1134/S001679322360114X)
  10. Smith P.H., Hoffman R.A. Ring current particle distributions during the magnetic storms of December 16–18, 1971 // J. Geophys. Res. 1973. V. 78. Iss. 22. P. 4731–4737. https://doi.org/10.1029/JA078i022p04731
  11. Fritz T.A., Smith P.H., Williams D.J. et al. Initial observations of magnetospheric boundaries by Explorer 45 (S³) // Correlated Interplanetary and Magnetospheric Observations. Ed. D.E. Page / Astrophys. Space Sci. Library. Dordrecht, Holland: D. Reidel Publ. Co. 1974. V. 42. P. 485–506. https://doi.org/10.1007/978-94-010-2172-2_31
  12. Berko F., Cahill L., Jr., Fritz T. Protons as the prime contributors to storm time ring current // J. Geophys. Res. 1975. V. 80. Iss. 25. P. 3549–3552. https://doi.org/10.1029/JA080i025p03549
  13. Hoffman R.A., Cahill L.J., Jr., Anderson R.R. et al. Explorer 45 (S³-A) observations of the magnetosphere and magnetopause during the August 4–6, 1972, magnetic storm period // J. Geophys. Res. 1975. V. 80. Iss. 31. P. 4287–4296. https://doi.org/10.1029/JA080i031p04287
  14. Hamilton D.C., Gloeckler G., Ipavich F.M. et al. Ring current development during the great geomagnetic storm of February 1986 // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. Iss. 12. P. 14343–14355. https://doi.org/10.1029/JA093iA12p14343
  15. Kozyra J.U., Liemohn M.W., Clauer C.R. et al. Multistep Dst development and ring current composition changes during the 4–6 June 1991 magnetic storm // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. Iss. A8. Art.ID. 1224. https://doi.org/10.1029/2001JA000023
  16. Menz A.M., Kistler L.M., Moulkis C.G. et al. The role of convection in the buildup of the ring current pressure during the 17 March 2013 storm // J. Geophys. Res. Space Phys. 2017. V. 122. Iss. 1. P. 475–492. https://doi.org/10.1002/2016JA023358
  17. Zhao H., Li X., Baker D.N. et al. The evolution of ring current ion energy density and energy content during geomagnetic storms based on Van Allen Probes measurements // J. Geophys. Res. Space Phys. 2015. V. 120. Iss. 9. P. 7493–7511. https://doi.org/10.1002/2015JA021533
  18. Yue C., Borinik J., Li W. et al. Oxygen ion dynamics in the Earth's ring current: Van Allen Probes observations // J. Geophys. Res. Space. Phys. 2019. V. 124. Iss. 10. P. 7786–7798. https://doi.org/10.1029/2019JA026801
  19. McPherron R.L., O'Brien T.P. Predicting geomagnetic activity: The Dst index // Space Weather. Eds. P. Song, H.J. Singer, G.L. Siscoe / Geoph. Monog. Series. Washington, D. C.: AGU. 2001. V. 125. P. 339–345. https://doi.org/10.1029/GM125p0339
  20. Siscoe G.L., McPherron R.L., Jordanova V.K. Diminished contribution of ram pressure to Dst during magnetic storms // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. Iss. A12. Art.ID. A12227. https://doi.org/10.1029/2005JA011120
  21. Kistler L.M., Moulkis C.G., Spence H.E. et al. The source of O+ in the storm time ring current // J. Geophys. Res. Space Phys. 2016. V. 121. Iss. 6. P. 5333–5349. https://doi.org/10.1002/2015JA022204
  22. Keika K., Seki K., Nose M. et al. Three-step buildup of the 17 March 2015 storm ring current: Implication for the cause of the unexpected storm intensification // J. Geophys. Res. Space Phys. 2018. V. 123. Iss. 1. P. 414–428. https://doi.org/10.1002/2017JA024462
  23. Sheldon R.B., Hamilton D.C. Ion transport and loss in the Earth's quiet ring current: I. Data and standard model // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. Iss. A8. P. 13491–13508. https://doi.org/10.1029/92JA02869
  24. Ma L., Yu Y., Liu W. et al. Simulating the ring current proton dynamics in response to radial diffusion by ultra-low-frequency (ULF) waves // Geophys. Res. Lett. 2024. V. 51. Iss. 6. Art.ID. e2023GL107326. https://doi.org/10.1029/2023GL107326
  25. Cahill L.J., Jr., Lee Y.C. Development of four magnetic storms in February 1972 // Planet. Space Sci. 1975. V. 23. Iss. 9. P. 1279–1292. https://doi.org/10.1016/0032–0633(75)90151–8
  26. Krimigis S.M., Gloeckler G., McEntire R.M. et al. Magnetic storm of September 4, 1984: A synthesis of ring current spectra and energy densities measured with AMPTE/CCE // Geophys. Res. Lett. 1985. V. 12. Iss. 5. P. 329–332. https://doi.org/10.1029/GL012i005p00329
  27. Anderson R.R., Gurnett D.A. Plasma wave observations near the plasmapause with the S³-A satellite // J. Geophys. Res. 1973. V. 78. Iss. 22. P. 4756–4764. https://doi.org/10.1029/JA078i022p04756
  28. Dessler A.J., Parker E.N. Hydromagnetic theory of geomagnetic storms // J. Geophys. Res. 1959. V. 64. Iss. 12. P. 2239–2252. https://doi.org/10.1029/JZ064i012p02239
  29. Sckopke N. A general relation between the energy of trapped particles and the disturbance field near the Earth // J. Geophys. Res. 1966. V. 71. Iss. 13. P. 3125–3130. https://doi.org/10.1029/JZ071i013p03125
  30. Акасофу С.-И., Чепмен С. Солнечно-земная физика. Часть 2. М.: Мир, 1975. 512 с. (= Akasofu S.-I., Chapman S. Solar-Terrestrial Physics. Oxford Univ. Press. NY. 1972. 624 p.)
  31. Langel R.A., Estes R.H. Large-scale, near-field magnetic fields from external sources and the corresponding induced internal field // J. Geophys. Res. 1985. V. 90. Iss. B3. P. 2487–2494. https://doi.org/10.1029/JB090iB03p02487
  32. Sckopke N. A study of self-consistent ring current models // Cosmic Electrodynamics. 1972. V. 3. P. 330–348.
  33. Carovillano R.L., Siscoe G.L. Energy and momentum theorems in magnetospheric dynamics // Rev. Geophys. Space Phys. 1973. V. 11. Iss. 2. P. 289–353. https://doi.org/10.1029/RG011i002p00289
  34. Vasyliūnas V.M. Ionospheric and boundary contributions to the Dessler-Parker-Sckopke formula for Dst // Ann. Geophys. 2006. V. 24. Iss. 3. P. 1085–1097. https://doi.org/10.5194/angeo-24-1985-2006
  35. Шабанский В.П. Явления в околоземном пространстве. М.: Наука, 1972. 272 с.
  36. Zhao H., Li X., Baker D.N. et al. Ring current electron dynamics during geomagnetic storms based on the Van Allen Probes measurements // J. Geophys. Res. Space Phys. 2016. V. 121. Iss. 4. P. 3333–3346. https://doi.org/10.1002/2016JA022358
  37. Kennel C.F., Petschek H.E. Limit on stably trapped particle fluxes // J. Geophys. Res. 1966. V. 71. Iss. 1. P. 1–28. https://doi.org/10.1029/JZ071i001p00001
  38. Greenspan M.E., Hamilton D.C. A test of the Dessler-Parker-Sckopke relation during magnetic storms // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. Iss. A3. P. 5419–5430. https://doi.org/10.1029/1999JA000284
  39. Yang Y.Y., Shen C., Dunlop M. et al. Storm time current distribution in the inner equatorial magnetosphere: THEMIS observations // J. Geophys. Res. Space Phys. 2016. V. 121. Iss. 6. P. 5250–5259. https://doi.org/10.1002/2015JA022145
  40. Редерер Х. Динамика радиации, захваченной геомагнитным полем. М.: Мир, 1972. 192 с. (= Roederer J.G. Dynamics of Geomagnetically Trapped Radiation. New York: Springer, 1970.)
  41. Вовченко В.В., Антонова Е.Е. Нелинейное возмущение дипольного поля осесимметричным распределением плазмы // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т. 50. № 6. С. 768–777. (= Vovchenko V.V., Antonova E.E. Nonlinear disturbance of the dipole field by an axisymmetric plasma distribution // Geomagnetism and Aeronomy. 2010. V. 50. Iss. 6. P. 739–748. https://doi.org/10.1134/S0016793210060058)
  42. Alexeev I.I., Belenkaya E.S., Kalegaev V.V. et al. Magnetic storms and magnetotail currents // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. Iss. A4. P. 7737–7747. https://doi.org/10.1029/95JA03509
  43. Ganushkina N. Yu., Pulkkinen T.I., Kubyshkina M.V. et al. Long-term evolution of magnetospheric current systems during storms // Ann. Geophys. 2004. V. 22. Iss. 4. P. 1317–1334. https://doi.org/10.5194/angeo-22-1317-2004
  44. Kalegaev V.V., Ganushkina N. Yu., Pulkkinen T.I. et al. Relation between the ring current and the tail current during magnetic storms // Ann. Geophys. 2005. V. 23. Iss. 2. P. 523–533. https://doi.org/10.5194/angeo-23-523-2005
  45. Tsyganenko N.A., Simov M.I. Modeling the dynamics of the inner magnetosphere during strong geomagnetic storms, J. Geophys. Res. 2005. V. 110. Iss. A3. Art.ID. A03208. https://doi.org/10.1029/2004JA010798
  46. Kalegaev V., Makarenkov E. Relative importance of ring and tail currents to Dst under extremely disturbed conditions // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2008. V. 70. Iss. 2–4. P. 519–525. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2007.08.029
  47. Ganushkina N. Yu., Liemohn M.W., Kubyshkina M.V. et al. Distortions of the magnetic field by storm-time current systems in Earth’s magnetosphere // Ann. Geophys. 2010. V. 28. Iss. 1. P. 123–140. https://doi.org/10.5194/angeo-28-123-2010
  48. Asikainen T., Maliniemi V., Marsula K. Modeling the contributions of ring, tail, and magnetopause currents to the corrected Dst index // J. Geophys. Res. Space Phys. 2010. V. 115. Iss. A12. Art.ID. A12203. https://doi.org/10.1029/2010JA015774
  49. Ganushkina N.Y., Liemohn M.W., Dubyagin S. et al. Defining and resolving current systems in geospace // Ann. Geophys. 2015. V. 33. Iss. 11. P. 1369–1402. https://doi.org/10.5194/angeo-33-1369-2015

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».