Сезонные вариации параметров дневных среднемасштабных ПИВ и сезонные вариации внутреннего кольцевого тока

Среднеширотные среднемасштабные перемещающие ионосферные возмущения (СМ ПИВ) продолжают сохранять нераскрытые источники своего появления внетропосферного происхождения. Это происходит на фоне параллельно явно до конца нераскрытых причин других ионосферных явлений: появления зимней аномалии ионосферы (или годовой асимметрии F2-слоя) (например, Zeng et al., 2008; Zhang et al. 2010), усиливающейся лишь в годы активного солнца (Burns et al., 2014) и наличия полугодовой вариации ионосферы (Zhang et al., 2010; Wu et al., 2017). Все приводимые в литературе объяснения этих явлений не оставляют ощущения достигнутой самосогласованности и законченности. Так зимняя аномалия связывается с годовой вариацией [O]/[N2] (Burns et al., 2014), а полугодовая ионосферная вариация связывается то с усилением межполушарной большой циркуляцией во времена солнцестояний (например, Fuller-Rowell, 1998; Qian et al., 2009), то с априори постулируемой сезонной изменчивостью для коэффициента турбулентной диффузии (Wu et al., 2017).
А между тем, полугодовая вариация явно также присутствует в сезонных вариациях геомагнитной активности, которую исследователи связывали и с солнечным ветром (например, Orlando et al., 1993) и с коллинеарностью магнитных осей Солнца и Земли для усиления пересоединения при Bz к югу (или антипараллельности осей) (например, Russell and McPherron, 1973). Обычно за параметры, характеризующие геомагнитную активность, используют известные индексы aa, Kp и Dst (например, Cliver et al., 2001; Oh and Yi et al., 2011), что вовлекают для выделения той версии таких теорий (Рассела-Макферрона, равноденственная, осевая), что является наиболее правдоподобной. Подобное сравнение, стремящееся найти наилучший вариант теории под названием геоэффективной, приведена в работе Lockwood et al., 2016. Однако найти теорию, описывающую все геомагнитные проявления в рамках антипараллельности магнитных осей Солнца и Земли, пока не удалось. Для выхода из такой ситуации взоры исследователей нередко обращаются к возможному влиянию сезонных вариаций наклона кольцевого тока к плоскости эклиптики (Malin and Işikara, 1976). Этот наклон обеспечивается наклоном оси магнитного диполя, которой кольцевой ток перпендикулярен. При этом делаются разнообразные предположения о каналах этого влияния, например, о степени изгиба магнитохвоста (Kivelson and Hughes, 1990). Нашлись поклонники такого влияния наклона кольцевого тока и на ионосферу (например, Lal, 2000), хотя и не очень понятны каналы такого влияния.
Тем не менее, кольцевой ток и сам по себе сохраняет много загадок. Исторически его принято связывать с Dst индексом (или с его продвинутым аналогом SYM-H) и использовать его как прокси параметр для кольцевого тока, текущего к западу в интервале ~4-8 Re. Такой ток усиливается лишь в геомагнитно возмущенные дни и при этом ещё теряет симметричность (например, Le et al., 2004). Все токовые системы в магнитосфере наиболее полно иллюстрированы в работе Ganushkina et al., 2011, где кольцевой ток там показан на рис. 5 и 1. Из этих рисунков видно, что реальный кольцевой ток состоит в экваториальной плоскости из двух частей: внутренней, текущей к востоку, и внешней, текущей к западу и создающей Dst вариации. До недавнего времени вопрос расположения границы между токами к востоку и к западу оставался не достаточно разрешенным по причине использования полярных орбит (Le et al., 2004), но с запуском спутниковых миссий в составе тесно сомкнутого трио/квартета аппаратов с магнетометрами на борту вопрос стал проясняться. Наиболее интересные результаты, тем менее, были получены в приэкваториальной миссии MMS (Tan et al., 2023), где перигей полётного строя спутникового квартета (с межспутниковым разнесением по орбите от 7 до 60 км) в правильной четырехгранной конфигурации был достаточно низким (1.2 Re), что позволило установить положение границы между токами к востоку и западу. Она находится в диапазоне 3.2 и 3.6 Re в зависимости от местного времени. Очевидно, такое положение границы указывает, что среднеширотная ионосфера пронизана силовыми линиями, вершины которых в экваториальной плоскости находятся в сфере действия тока к востоку. В данной работе представлена первая попытка связать параметры среднеширотных ПИВ и параметрами внутреннего кольцевого тока к востоку, возможного активного участника и в провоцировании полугодовых ионосферных и геомагнитных вариаций.

Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров