Экранирование электрического поля полярной шапки по данным магнитосферной супербури 20.11.2003 г. Electric field screening of the polar cap according to data on the magnetospheric superstorm of 20 November 2003

Исследован интервал 03:00–08:02 UT супербури 20 ноября 2003 г. В первые часы этого интервала последовательно наблюдались слабая короткая суббуря и режим типа SMC/GAI – стационарная магнитосферная конвекция c наложением кратковременных разгрузок [Sergeev, 1977; Lin et al., 2009]. В этом режиме входной в магнитосферу поток Пойнтинга ε′ и разность потенциалов на границе полярной шапки Upc варьировали коррелированно. В конце интервала отмечены колебания, затем рост динамического давления солнечного ветра (Pd). Таким образом, наблюдались три режима возмущения: нормальная суббуря (при Pd~2 нПа), SMC/GAI и возмущение при Pd≥3 нПа. На фоне смены и развития режимов возмущения описаны изменения переменного магнитного потока Ψ2=βΨ02, где 0<β≤1 – переменный коэффициент, Ψ02 – постоянный магнитный поток через Һстаруюһ полярную шапку (ПШ). Границы и площадь старой ПШ были определены в спокойный период перед началом супербури с использованием карты распределения плотности продольных токов в полярной ионосфере. Старая ПШ – основание трубки силовых линий, содержащее, соответственно, Һстарыйһ магнитный хвост Земли. С началом суббури вокруг старой ПШ и старого хвоста возникают новая ПШ и новый магнитный хвост. Значения β медленно, с масштабом порядка двух часов, в начале интервала SMC/GAI уменьшаются в несколько раз, но затем, при переходе к режиму Pd-возмущения, возвращаются к начальному уровню β=1. Эти изменения описывают новое в физике магнитосферы явление, названное β-эффектом. Оно заключается в активизации части старого хвоста, полностью пассивного до начала возмущения. Активизацию инициирует конвекция плазмы с открытыми силовыми линиями нового хвоста – процесс переноса в магнитосферу потока электромагнитной энергии солнечного ветра (СВ). Процесс переноса охватывает сначала расширяющийся новый хвост, затем в него постепенно вовлекается центральная часть долей хвоста – старый хвост. Процессы в старой и новой частях каждой доли хвоста физически различны, но связаны между собой как причина и следствие: конвекция нового потока создает конвекцию старого. Эффективность переноса в магнитосферу импульса и энергии СВ возрастает в несколько раз благодаря βэффекту. Таким образом, в отличие от существующей концепции, доля хвоста в новом сценарии не является единым целым, но состоит из двух открытых магнитных потоков, связанных между собой как причина и следствие. В настоящей статье β-эффекты впервые описаны по данным трех различных режимов возмущения.V