Pola ELF-ULF

Rezonans Alfvena

Mikropulsacje Pc1

Pulsacje Pc3

Klasyczne oscylacje Pc1 są związane z propagacją i wzmocnieniem paczek falowych rozchodzących się wzdłuż lini sił pola magnetycznego w magnetosferze. Linie sił pola magnetycznego Ziemi zanurzone są w zimnej plaźmie magnetosferycznej i zachowują się jak elastyczne struny, wzdłuż których mogą się rozchodzić z małym stratami fale MHD. Standardowy model wzbudzania fal został opracowany w 1960 r. przez J. M. Cornwalla [1]. Wyjaśnia on generację fal w oparciu o zjawisko tzw. niestabilności falowej ośrodka. Jest ono wywołane przez wysokoenergetyczne protony (10 - 50 keV) wpadające do magnetosfery i rotujące w polu magnetycznym z częstotliwością cyklotronową. Pole elektryczne protonów odziałując z falami MHD, prowadzi do zmiany znaku współczynnika tłumienia fal na ujemny. Jest to równoważne wzmacnianiu fal. Paczka wygenerowana w centrum magnetosfery, porusza się wzdłuż linii sił docierając do granic jonosfery, która ze względu na duży gradient gęstości odbija ją z powrotem. Ruch w drugą stronę kończy się również odbiciem, w punkcie antypodalnym. Dzięki kolejnym odbiciom i mechanizmowi wzmocnienia, ruch paczek tam i z powrotem może trwać dowolnie długo.

Pojawiają się na średnich i dużych szerokościach geograficznych. Występują w postaci paczek falowych o czasie trwania od 0.5 do 2.5 s, powtarzających się co kilkadziesiąt sekund.

 

Przebieg energii pola ELF uzyskany po przefiltrowaniu sygnału poprzez filtr o częstotliwości 3 Hz. Kolejne maksima energii powstają w momencie odbicia paczek falowych od jonosfery ziemskiej.

Po prawej stronie - transformata Fouriera z przebiegu energii pola, maksimum pozwala wyznaczyć okres powtórzeń paczek - wynosi on ok. 21 s.

Ich amplituda jest rzędu 10 pT. Cechą charakterystyczną Pc1, jest zależność częstotliwości i czasu powtarzania od szerokości geomagnetycznej miejsca obserwacji. Częstotliwość paczek zależna jest również od pory dnia i fazy cyklu słonecznego. Typowe wartości częstotliwości i okresy powtarzania się, obserwowane przy małej aktywności Słońca, zawiera Tabela.

Tabela. Częstotliwości i okres powtarzania Pc1 w zależności od szerokości geomagnetycznej

Mikropulsacje Pc1 nie występują zbyt często. Ich intensywność jest zależy od pory roku i fazy cyklu słonecznego. Są znacznie częściej widoczne w okresie równonocy i w fazie minimum aktywności słonecznej. Występują prawie zawsze w czasie trwania burzy magnetycznej, osiągając maksimum amplitudy po godzinie od jej rozpoczęcia.

Intensywność występowania Pc1 zmienia się w ciągu dnia wg. ustalonego scenariusza. Rozpoczynają się ok. godz. 5 czasu lokalnego (Local Time) na wysokich częstotliwościach (perły świszczące) i trwają ok. kwadransa. Powracają ok. godz. 8 LT, znowu na kwadrans, na nieco niższej częstotliwości (perły grające). Najdłuższa ekspozycja ma miejsce między godziną 12 - 16 LT (chóry hydromagnetyczne). W godzinach 17 - 20 LT przyjmują postać drgań o skracającym się okresie (kupy). W nocy Pc1 ma charakter nieregularny, o wyraźnie niższej częstotliwości.

[1] J. M. Cornwall, Journal of Geophys. Res., 20, p. 61 (1965)