Rezonans fal Alfvena w jonosferze ziemskiej

Zjawisko rezonansu fal Alfvena w jonosferze (Ionospheric Alfven Resonance - IAR) odkryto niedawno. Ponieważ występuje w zakresie częstotliwości Pc1, powstał bałagan klasyfikacyjny. Występowanie zjawisk rezonansowych w jonosferze przewidział w 1980 r. S. V. Polyakov [1]. Plazma jonosferyczna znajduje się w polu geomagnetycznym stanowiąc ośrodek, w którym mogą rozchodzić się poprzeczne fale Alfvena. Charakteryzuje ją wysoka gęstość elektronowa, która w centrum warstwy F2 (na wysokości ok. 300 km nad Ziemią) jest o cztery rzędy wielkości większa niż w dolnej części magnetosfery (6000 km). Gęsta warstwa jonosfery jest stosunkowo cienka (ok. 150 km grubości) i na jej brzegach gęstość plazmy gwałtownie spada. W warunkach takich dochodząca do brzegów jonosfery fala ulega prawie całkowitemu odbiciu. Oznacza to, że jest ona uwięziona w jonosferze podobnie jak w rezonatorze.

Z badania modeli wynika, że częstotliwości własne rezonansu jonosferycznego powinny leżeć w zakresie częstotliwości 0.2 ... 3 Hz. Pola takie rzeczywiście się obserwuje [2].

 

Logarytmiczne widmo mocy pola ELF zarejestrowane 3.05.1996 r. o godz. 1:00 UT w Bieszczadach.

Widoczne są linie rezonansowe o częstotliwościach: 0.169, 0.411, 0.685, 0.922, 1.158 i 1.415 Hz.

 

Linie rezonansowe IAR są dobrze widoczne w nocy w zakresie częstotliwości 0.2 - 3 Hz, na stromo opadającej składowej niskoczęstotliwościowej części widma ULF. Zazwyczaj występuje 3 - 5 linii, niekiedy ich liczba sięga 12. Linie są równo rozłożone, na szerokości geomagnetycznej 500 w odstępie ok. 0.2 Hz. Częstotliwości linii podlegają niewielkim systematycznym i przypadkowym zmianom, zależnym od stanu jonosfery nad miejscem obserwacji. Ich amplitudy są niewielkie, rzędu kilku pT.

Obraz widma IAR zależy od szerokości geomagnetycznej i fazy cyklu słonecznego. Częstotliwości linii maleją dla dużych szerokości i w stanie dużej aktywności Słońca.

Podobnie jak w przypadku rezonansu Schumanna, obserwuje się odrębną składową pola rezonansu jonosferycznego - sporadyczne krótkotrwałe wzbudzenia rezonatora - ekscesy - o energiach przekraczających dziesiątki razy stan średni.

 

[1] S. V. Polyakov, V. O. Rapoport, Geomag. Aeronomy, 21, 816 (1981)

[2] A. Kułak, K. Maślanka, A. Michalec, S. Zięba, Studia Geoph. et Geod., 43, 399 (1999)