Èíñòèòóò Êîñìè÷åñêèõ Èññëåäîâàíèé Space Research Institute	Main Ãëàâíàÿ

Ïðîåêò ?Èíòåðáîë? - ìåæäóíàðîäíûé íàó÷íûé ïðîåêò, íàïðàâëåííûé íà èçó÷åíèå ñîëíå÷íî-çåìíûõ ñâÿçåé. Ïðîåêò ?Èíòåðáîë? ñîñòîÿë èç äâóõ ñïóòíèêîâ: ?Èíòåðáîë-1? (Õâîñòîâîé Çîíä) è ?Èíòåðáîë-2? (Àâðîðàëüíûé Çîíä) è äâóõ ñóáñïóòíèêîâ. Ãîëîâíîé íàó÷íîé îðãàíèçàöèåé ïî äàííîìó ïðîåêòó áûë Èíñòèòóò êîñìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ÐÀÍ. Ñóáñïóòíèêè áûëè ñîçäàíû Èíñòèòóòîì ôèçèêè àòìîñôåðû Ðåñïóáëèêè ×åõèÿ.

Îðáèòà ñïóòíèêà ?Èíòåðáîë-1? èìåëà àïîãåé 200 000 êì, ïåðèãåé 500 êì è íàêëîíåíèå 63^o. Òàêèå ïàðàìåòðû îðáèòû îïòèìàëüíû äëÿ èññëåäîâàíèé ñîëíå÷íîãî âåòðà, õâîñòà ìàãíèòîñôåðû Çåìëè è ïîãðàíè÷íîãî ñëîÿ ìàãíèòîñôåðû. Îðáèòà ñïóòíèêà ?Èíòåðáîë-2? èìåëà àïîãåé 20 000 êì è òàêîå æå íàêëîíåíèå, êàê è îðáèòà ñïóòíèêà ?Èíòåðáîë-1?, ïîçâîëÿÿ èññëåäîâàòü âíóòðåííþþ ìàãíèòîñôåðó è àâðîðàëüíóþ çîíó.

Ñïóòíèê ?Èíòåðáîë-1? áûë çàïóùåí 3 àâãóñòà 1995ã. è âîøåë â àòìîñôåðó â îêòÿáðå 2000ã., áóäó÷è â ðàáî÷åì ñîñòîÿíèè. Ñïóòíèê ?Èíòåðáîë-2? áûë çàïóùåí 29 àâãóñòà 1996ã. è ïðîðàáîòàë íà îðáèòå 2.5 ãîäà. Ñóáñïóòíèêè îòäåëèëèñü îò ñïóòíèêîâ Èíòåðáîë ñïóñòÿ êîðîòêîå âðåìÿ ïîñëå çàïóñêà è ñëåäîâàëè çà íèìè íà ðàññòîÿíèè â íåñêîëüêî òûñÿ÷ êì.

Íàó÷íàÿ àïïàðàòóðà, óñòàíîâëåííàÿ íà ñïóòíèêàõ Èíòåðáîë, ñîçäàâàëàñü â ðàìêàõ îáøèðíîé íàó÷íîé êîîïåðàöèè è âêëþ÷àëà ìàãíèòîìåòðû, ïðèáîðû äëÿ èçìåðåíèÿ ïëàçìåííûõ âîëí è ñïåêòðîìåòðû çàðÿæåííûõ ÷àñòèö.  ñîçäàíèè àïïàðàòóðû ïðèíèìàëè ó÷àñòèå íàó÷íûå èíñòèòóòû ðÿäà åâðîïåéñêèõ ñòðàí, Êàíàäû è Êóáû. Ïðîåêò ?Èíòåðáîë? ñòàë ÷àñòüþ Ìåæäóíàðîäíîé èññëåäîâàòåëüñêîé ïðîãðàììû ïî ñîëíå÷íî-çåìíîé ôèçèêå è çàíÿë äîñòîéíîå ìåñòî â óíèêàëüíîì ?ñîçâåçäèè? ñïóòíèêîâ, ðàáîòàþùèõ â ýòî âðåìÿ íà îðáèòå: Wind, Polar, SOHO, Geotail è ìíîãèõ äðóãèõ, çàïóùåííûõ â ïåðèîä 1992 - 2000ã.ã. Íàðÿäó ñî ñïóòíèêîâûìè íàáëþäåíèÿìè, â ðàìêàõ äàííîé ïðîãðàììû, ïðîèçâîäèëèñü íàçåìíûå èçìåðåíèÿìè íà ñåòè ñòàíöèé, ðàñïîëîæåííûìè íà ðàçëè÷íûõ øèðîòàõ è äîëãîòàõ ïî âñåìó çåìíîìó øàðó. Ìåæäóíàðîäíàÿ êîîïåðàöèÿ êîîðäèíèðîâàëàñü Ìåæäóíàðîäíîé êîíñóëüòàöèîííîé ãðóïïîé (IACG), îáðàçîâàííîé ÷åòûðüìÿ êðóïíåéøèìè êîñìè÷åñêèìè àãåíòñòâàìè.

 òå÷åíèå ýòèõ ëåò ïðîèçîøåë çíà÷èòåëüíûé ñêà÷îê â êà÷åñòâå è êîëè÷åñòâå íàáëþäàòåëüíûõ äàííûõ, ïîëó÷åííûõ áëàãîäàðÿ óñîâåðøåíñòâîâàíèþ íàó÷íîé àïïàðàòóðû è íåïðåðûâíûì, îäíîâðåìåííûì ñïóòíèêîâûì èçìåðåíèÿì â íàèáîëåå âàæíûõ â öåïî÷êå ñîëíå÷íî-çåìíûõ âçàèìîäåéñòâèé îáëàñòÿõ, íà÷èíàÿ îò Ñîëíöà, è, äàëåå, âïëîòü äî èîíîñôåðû Çåìëè. Íàó÷íàÿ èíôîðìàöèÿ, ïîñòóïàâøàÿ ñî ñïóòíèêîâ Èíòåðáîë, áûëà äîñòóïíà äëÿ íàó÷íîãî ñîîáùåñòâà ÷åðåç âñåìèðíóþ áàçó äàííûõ Êîñìè÷åñêîãî Öåíòðà Ãîääàðäà (ÍÀÑÀ).

Íà îñíîâå äàííûõ, ïîëó÷åííûõ ñïóòíèêàìè ?Èíòåðáîë?, áûëî îïóáëèêîâàíî áîëåå 500 íàó÷íûõ ñòàòåé, áîëüøèíñòâî èç êîòîðûõ áûëè íàïèñàíû â ðàìêàõ ìåæäóíàðîäíîãî íàó÷íîãî ñîòðóäíè÷åñòâà. Ê íèì îòíîñÿòñÿ, íàïðèìåð, ñïåöèàëüíûå âûïóñêè òàêèõ æóðíàëîâ êàê: Annales Geophysicae (?5, 1997ã.; ? 9, 1998ã.; ?3, 2002 ã.); Êîñìè÷åñêèå Èññëåäîâàíèÿ (? 1, 3, è 6, 1998ã.; ? 6, 1999ã.; ? 5, 2000ã.; ? 4, 2002ã.) è ñáîðíèêè òðóäîâ êîíôåðåíöèé. Íåêîòîðûå íàèáîëåå èíòåðåñíûå ðåçóëüòàòû áóäóò èçëîæåíû íèæå.

Ïîëíûé ñïèñîê íàó÷íûõ ðàáîò, âûïîëíåííûõ â ðàìêàõ ïðîåêòà Èíòåðáîë äîñòóïåí íà ñàéòå: http://iki.cosmos.ru/interball.

Äèíàìèêà ìàãíèòîñôåðû Çåìëè

Èññëåäîâàíèå çåìíîé ìàãíèòîñôåðû ñòàëî âîçìîæíûì òîëüêî áëàãîäàðÿ ïðÿìûì ?in situ? ñïóòíèêîâûì èçìåðåíèÿì. Ôîðìà ìàãíèòîñôåðû êîíòðîëèðóåòñÿ îáòåêàþùèì åå ïîòîêîì ïëàçìû ñîëíå÷íîãî âåòðà. Îäíàêî, âíóòðåííÿÿ äèíàìèêà ìàãíèòîñôåðû, âêëþ÷àþùàÿ ãëîáàëüíóþ êîíâåêöèþ è âíåçàïíûå âñïëåñêè àêòèâíîñòè, òàêèå êàê ìàãíèòíûå ñóááóðè è áóðè, óïðàâëÿåòñÿ ìåæïëàíåòíûì ìàãíèòíûì ïîëåì (ÌÌÏ) ïîñðåäñòâîì ïåðåñîåäèíåíèÿ ñèëîâûõ ëèíèé ÌÌÏ è ãåîìàãíèòíîãî ïîëÿ.

Ñòðóêòóðà ìàãíèòîñôåðû ïîñòîÿííî ìåíÿåòñÿ èç-çà âíóòðåííåé äèíàìèêè, à òàêæå èç-çà âàðèàöèé ñîëíå÷íîãî âåòðà è ÌÌÏ. Ïîýòîìó íà îñíîâå èçìåðåíèé, ïîëó÷åííûõ ëèøü îäíèì ñïóòíèêîì, íåâîçìîæíî ðàçäåëèòü ïðîñòðàíñòâåííóþ è âðåìåíí?þ èçìåí÷èâîñòü. Òîëüêî ìíîãîñïóòíèêîâûå ïðîåêòû, òàêèå êàê ?Èíòåðáîë? ïîçâîëÿþò èññëåäîâàòü ïðîñòðàíñòâåííóþ ñòðóêòóðó êîñìè÷åñêèõ îáúåêòîâ. Êðóïíîìàñøòàáíóþ ñòðóêòóðó ïðîöåññîâ ìîæíî èññëåäîâàòü íà îñíîâå îäíîâðåìåííûõ èçìåðåíèé, ïîëó÷àåìûõ ñî ñïóòíèêîâ, îðáèòû êîòîðûõ ïåðåñåêàþò ðàçëè÷íûå îáëàñòè ìàãíèòîñôåðû.

Ìíîãîñïóòíèêîâûå èçìåðåíèÿ òàêæå ïîçâîëÿþò èññëåäîâàòü ìàãíèòíûå ñóááóðè ? ïðîöåññû âçðûâíîãî âûñâîáîæäåíèÿ ýíåðãèè, íàêàïëèâàåìîé â ãåîìàãíèòíîì õâîñòå â ïåðèîäû ÌÌÏ þæíîãî íàïðàâëåíèÿ. Íà Çåìëå ìàãíèòíûå ñóááóðè íàáëþäàþòñÿ â âèäå àâðîðàëüíûõ ñâå÷åíèé, è íåðåãóëÿðíûõ âàðèàöèé ãåîìàãíèòíîãî ïîëÿ â ïîëÿðíîé çîíå. Ñîãëàñíî ñóùåñòâóþùèì ìîäåëÿì ãåíåðàöèÿ è ðàçâèòèå ìàãíèòíûõ ñóááóðü ïðîèñõîäÿò íà ðàçíîîáðàçíûõ ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ ìàñøòàáàõ, è èõ ñöåíàðèé äî ñèõ ïîð ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ñàìûõ ñïîðíûõ âîïðîñîâ ìàãíèòîñôåðíîé ôèçèêè.  íàñòîÿùåå âðåìÿ àêòèâíî îáñóæäàþòñÿ òðè íàèáîëåå âåðîÿòíûõ ñöåíàðèÿ ðàçâèòèÿ ñóááóðè: ìîäåëü, ðàññìàòðèâàþùàÿ ïðîöåññ ðàçðóøåíèÿ òîêîâîãî ñëîÿ õâîñòà íà ðàññòîÿíèÿõ îò Çåìëè ~ 8 ? 12 R_E (R_E ? ðàäèóñ Çåìëè); ìîäåëü áëèæíåé íåéòðàëüíîé ëèíèè, ñîãëàñíî êîòîðîé èíèöèàòîðîì ñóááóðè ÿâëÿåòñÿ èìïóëüñíîå ìàãíèòíîå ïåðåñîåäèíåíèå, ïðîèñõîäÿùåå â õâîñòå íà ðàññòîÿíèÿõ îò Çåìëè ~ 25 - 30 R_E; è ìîäåëü ìàãíèòîñôåðíî-èîíîñôåðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, ñîãëàñíî êîòîðîé ìàãíèòíûå ñóááóðè èíèöèèðóþòñÿ â èîíîñôåðå.

Áîëüøèíñòâî ïðîöåññîâ â ãåîìàãíèòíîì õâîñòå óïîðÿäî÷åíû âäîëü ìàãíèòíûõ ñèëîâûõ ëèíèé, âûòÿíóòûõ îò Çåìëè íà îãðîìíûå ðàññòîÿíèÿ â àíòèñîëíå÷íîì íàïðàâëåíèè. Ïîýòîìó, íàèáîëåå âûãîäíûì ðàñïîëîæåíèåì ñïóòíèêîâ äëÿ èññëåäîâàíèé õâîñòà ÿâëÿåòñÿ èõ âûñòðàèâàíèå öåïî÷êîé, òàê ÷òîáû ñïóòíèêè, íàõîäÿñü íà ðàçëè÷íûõ ðàäèàëüíûõ ðàññòîÿíèÿõ îò Çåìëè, áûëè â òî æå âðåìÿ íà áëèçêèõ ìàãíèòíûõ ñèëîâûõ ëèíèÿõ. Ñïóòíèêîâûå èçìåðåíèÿ, ïðè ýòîì, äîëæíû áûòü äîïîëíåíû íàçåìíûìè èçìåðåíèÿìè, ïîëó÷àåìûìè ñî ñòàíöèè, íàõîäÿùåéñÿ âáëèçè ïðîåêöèè äàííîé ìàãíèòíîé ñèëîâîé ëèíèè íà èîíîñôåðó. Òàêàÿ êîìáèíàöèÿ ñïóòíèêîâûõ è íàçåìíûõ èçìåðåíèé äàåò âîçìîæíîñòü óñòàíîâèòü ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñîáûòèé è òåì ñàìûì âûÿñíèòü ïðè÷èííî-ñëåäñòâåííûå ñâÿçè â ïðîöåññàõ ìàãíèòîñôåðíî-èîíîñîôåðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.

Ðèñ. 1. Ïîëîæåíèå è ðàçâèòèå ìàãíèòíîé ñóááóðè 28 íîÿáðÿ 1995ã. ïî äàííûì èçìåðåíèé ïîòîêîâ ïëàçìû íà ñïóòíèêàõ ?Èíòåðáîë-1? è ?Geotail?, à òàêæå ïî äàííûì íàçåìíûõ íàáëþäåíèé àâðîðàëüíîãî áðåéêàïà. Ñõåìàòè÷åñêè èçîáðàæåíà ñòðóêòóðà ìàãíèòîñôåðíîãî õâîñòà è ïîêàçàíî ïîëîæåíèå íà÷àëà ñóááóðè íà îñíîâå èñïîëüçîâàíèÿ íåñêîëüêèõ ìîäåëåé ñóááóðü. Æèðíûìè ñåðûìè ñòðåëêàìè èçîáðàæåíà êàðòèíà ãëîáàëüíîé ìåäëåííîé êîíâåêöèè ïëàçìû, êîòîðàÿ èìååò ìåñòî â ìàãíèòîñôåðå ïðè þæíîì íàïðàâëåíèè ÌÌÏ.  ëåâîì âåðõíåì óãëó ïîêàçàíû íàïðàâëåíèÿ îñåé ãåîöåíòðè÷åñêîé ñîëíå÷íî-ìàãíèòîñôåðíîé ñèñòåìû êîîðäèíàò (GSM): îñü X íàïðàâëåíà âäîëü ëèíèè Çåìëÿ-Ñîëíöå, îñü Z íàïðàâëåíà âåðòèêàëüíî, ïåðïåíäèêóëÿðíî îñè X è ëåæèò â ïëîñêîñòè, ñîäåðæàùåé îñü ìàãíèòíîãî äèïîëÿ.

Íà ðèñ.1. ñõåìàòè÷åñêè ïîêàçàíà ðåàëèçàöèÿ òàêîãî ñöåíàðèÿ èçìåðåíèé: ñïóòíèêè ?Èíòåðáîë-1? è ?Geotail? íàõîäèëèñü âáëèçè ïîëóíî÷íîãî ìåðèäèàíà, ÷òî ïîçâîëèëî èññëåäîâàòü ìàëåíüêóþ ñóááóðþ, çàôèêñèðîâàííóþ â 11:27:30 UT íàçåìíîé ñòàíöèåé Poker Flat íà Àëÿñêå. Ïðè ýòîì, ñïóòíèê ?Èíòåðáîë-1?, íàõîäÿñü â õâîñòå íà ðàññòîÿíèè 11.5 R_E îò Çåìëè, íàáëþäàë äâèæóùèéñÿ ê Çåìëå ïëàçìåííûé ïîòîê (èíæåêöèþ), à ñïóòíèê ?Geotail?, íàõîäÿñü â õâîñòå íà ðàññòîÿíèè 28.5 R_E îò Çåìëè, â òî æå âðåìÿ ðåãèñòðèðîâàë ïëàçìåííûé ïîòîê, äâèæóùèéñÿ â õâîñò (ïëàçìîèä). Äàííûå íàáëþäåíèÿ ìîãóò áûòü îáúÿñíåíû äâèæåíèåì óñêîðåííîé ïëàçìû â ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû èç îáëàñòè ìàãíèòíîãî ïåðåñîåäèíåíèÿ, íàõîäÿùåéñÿ ìåæäó ñïóòíèêàìè Èíòåðáîë-1 è Geotail.  ïðîñòåéøåì îäíîìåðíîì ïðèáëèæåíèè òðàññèðîâêà ïëàçìåííûõ ïîòîêîâ íàçàä âî âðåìåíè ïðåäñêàçûâàåò ïîëîæåíèå çîíû ìàãíèòíîãî ïåðåñîåäèíåíèÿ â õâîñòå íà ðàññòîÿíèè ~15.5 R_E, è ìèíóòîé ðàíüøå (â 11:26:10 UT), ÷åì ìîìåíò ôèêñàöèè íàçåìíîé ñòàíöèåé àâðîðàëüíîãî áðåéêàïà ? âçðûâíîãî íà÷àëà ñóááóðè. Ýòè íàáëþäåíèÿ ñîãëàñóþòñÿ ñ äîìèíèðóþùèì â íàñòîÿùåå âðåìÿ ñöåíàðèåì ðàçâèòèÿ ñóááóðè, ñîãëàñíî êîòîðîìó ïåðâûå ïðèçíàêè çàðîæäåíèÿ ìàãíèòíîé ñóááóðè íàáëþäàþòñÿ â õâîñòå, à íå â èîíîñôåðå. Äàííûå íàáëþäåíèÿ òàê æå ñîãëàñóþòñÿ ñî ñöåíàðèåì, ïðåäñêàçûâàåìûì ìîäåëüþ áëèæíåé íåéòðàëüíîé ëèíèè, îäíàêî ñâèäåòåëüñòâóþò î áîëåå áëèçêîì ê Çåìëå ïîëîæåíèè èñòî÷íèêà ? ìàãíèòíîãî ïåðåñîåäèíåíèÿ.

Êîíâåêöèÿ ïëàçìû

Íåñêîëüêî íîâûõ óíèêàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ ïðîåêòà áûëè ïîëó÷åíû áëàãîäàðÿ îðèãèíàëüíîé êîíñòðóêöèè íåêîòîðûõ ïðèáîðîâ. Îäíèì òàêèì ïðèìåðîì ÿâëÿåòñÿ èçìåðåíèå ãëîáàëüíîé êîíâåêöèè ïëàçìû (ìåäëåííîãî ñðåäíåãî äâèæåíèÿ ïëàçìû â ìàãíèòîñôåðå), êîòîðàÿ, êàê ñ÷èòàåòñÿ, êîíòðîëèðóåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì, âîçíèêàþùèì â ðåçóëüòàòå â ðåçóëüòàòå ïåðåñîåäèíåíèÿ ñèëîâûõ ëèíèé ÌÌÏ è ãåîìàãíèòíîãî ïîëÿ.  ïåðèîäû þæíîãî íàïðàâëåíèÿ ÌÌÏ, ïëàçìà è ìàãíèòíûé ïîòîê ïðîíèêàþò â ìàãíèòîñôåðíûé õâîñò ÷åðåç âûñîêîøèðîòíûå îáëàñòè, êîíâåêòèðóþò â íàïðàâëåíèè ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòè è çàòåì, äâèæóòñÿ ê Çåìëå è âîêðóã Çåìëè, âîçâðàùàÿñü âíîâü íà äíåâíóþ ñòîðîíó (íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ êîíâåêöèè ïðè þæíîì ÌÌÏ ïîêàçàíî íà ðèñ. 1 æèðíûìè ñåðûìè ñòðåëêàìè).

Êîíâåêòèâíûå ïîòîêè òðóäíî èçìåðèòü, òàê êàê ñêîðîñòü èõ äâèæåíèÿ ìàëà ïî ñðàâíåíèþ ñ ëîêàëüíûìè ôëóêòóàöèÿìè ñêîðîñòè è, ÷òîáû ïîëó÷èòü ñòàòèñòè÷åñêè çíà÷èìûå âåëè÷èíû, èçìåðåíèÿ äîëæíû áûòü óñðåäíåíû ïî î÷åíü áîëüøîìó èíòåðâàëó âðåìåíè. Èçìåðåíèÿ ïîòîêîâîé êîìïîíåíòû âäîëü îñè âðàùåíèÿ ñïóòíèêà íàèáîëåå ñèëüíî ïîäâåðæåíû èíñòðóìåíòàëüíûì îøèáêàì.

Ñîãëàñóþùàÿñÿ ñ ìîäåëüþ êàðòèíà ãîðèçîíòàëüíûõ (âäîëü îñè X íà ðèñ. 1) êîíâåêòèâíûõ ïîòîêîâ â ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòè ãåîìàãíèòíîãî õâîñòà áûëà ïîëó÷åíà ðàíåå ñïóòíèêàìè ISEE 2 è AMPTE/IRM. Âåðòèêàëüíûé (âäîëü îñè Z íà ðèñ. 1) êîìïîíåíò êîíâåêöèè â õâîñòå îñòàâàëñÿ íåèçìåðåííûì âïëîòü äî ïîñòóïëåíèÿ äàííûõ ñî ñïóòíèêà ?Èíòåðáîë-1?. Ïðè÷èíà ñîñòîÿëà â òîì, ÷òî îñè âðàùåíèÿ ïðåäûäóùèõ ñïóòíèêîâûõ ìèññèé áûëè âåðòèêàëüíûìè, â òî âðåìÿ êàê îñü âðàùåíèÿ ñïóòíèêà ?Èíòåðáîë-1? áûëà íàïðàâëåíà âäîëü ëèíèè Çåìëÿ-Ñîëíöå. Âåñü ìàññèâ èçìåðåíèé, ïðîèçâîäèìûõ â õâîñòå ñïóòíèêîì ?Èíòåðáîë-1?, áûë ðàçäåëåí íà ÷åòûðå ÷àñòè ñîãëàñíî ïåðèîäàì þæíîãî/ñåâåðíîãî íàïðàâëåíèÿ ÌÌÏ è ïîëîæåíèþ ñïóòíèêà íàä/ïîä ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòüþ. Äëÿ èíòåðâàëîâ þæíîãî íàïðàâëåíèÿ ÌÌÏ ñðåäíÿÿ âåðòèêàëüíàÿ ñêîðîñòü äâèæåíèÿ ïëàçìû áûëà íàïðàâëåíà ê ýêâàòîðèàëüíîé ïëîñêîñòè è ñîñòàâëÿëà ~ 7 ? 3 êì/ñ.  ïåðèîäû ñåâåðíîãî íàïðàâëåíèÿ ÌÌÏ âåðòèêàëüíîå äâèæåíèå ïëàçìû èñ÷åçàëî.

Óñêîðåíèå ïëàçìû

ßäðî ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö ïî ñêîðîñòÿì îïðåäåëÿåòñÿ ïëàçìåííîé êîíâåêöèåé. Îäíàêî, ?õâîñò? ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ, îáðàçóåìûé ÷àñòèöàìè ñ ýíåðãèÿìè, ïðåâûøàþùèìè òåïëîâûå (1-10 êý äëÿ âíåøíåé ìàãíèòîñôåðû), ìîæåò ôîðìèðîâàòüñÿ çà ñ÷åò ðàçëè÷íûõ ïðîöåññîâ óñêîðåíèÿ, òàêèõ êàê, íàïðèìåð, óòå÷êà ýíåðãè÷íûõ ÷àñòèö èç âíóòðåííåé ìàãíèòîñôåðû, óñêîðåíèå íà ãîëîâíîé óäàðíîé âîëíå, áåòàòðîííîå è íåàäèàáàòè÷åñêîå óñêîðåíèå â õâîñòå. Ïîñëåäíèé ìåõàíèçì ðåàëèçóåòñÿ â òîêîâîì ñëîå ìàãíèòîñôåðíîãî õâîñòà â îñíîâíîì äëÿ èîíîâ, êîòîðûå ?ðàçìàãíè÷èâàþòñÿ? â îáëàñòÿõ ñî ñëàáûì ìàãíèòíûì ïîëåì è óñêîðÿþòñÿ ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì, íàïðèìåð, êâàçèñòàöèîíàðíûì ïîëåì óòðî-âå÷åð. Ýíåðãèè, íàáèðàåìûå èîíàìè ïðè òàêîì óñêîðåíèè, íå ïðåâûøàþò âåëè÷èíó ïåðåïàäà ïîòåíöèàëà ÷åðåç õâîñò (˜ 100 êýÂ).

Ðèñ. 2. Ñëåâà: ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ðåçîíàíñíîãî íåàäèàáàòè÷åñêîãî óñêîðåíèÿ èîíîâ â òîêîâîì ñëîå ìàãíèòîñôåðíîãî õâîñòà. Íèçêîýíåðãè÷íûå èîíû, ïðèõîäÿùèå èç ìàíòèè (ïîêàçàíû ñèíèìè ñòðåëêàìè), óñêîðÿþòñÿ â íåñêîëüêèõ ïðîñòðàíñòâåííî-ëîêàëèçîâàííûõ èñòî÷íèêàõ (ðåçîíàíñàõ), ðàñïîëîæåííûõ â äàëüíèõ îáëàñòÿõ òîêîâîãî ñëîÿ ñ çåìíîé ñòîðîíû îò äàëüíåé X-ëèíèè. Ïîñëå óñêîðåíèÿ èîíû èíæåêòèðóþòñÿ èç òîêîâîãî ñëîÿ â Ïîãðàíè÷íûé Ïëàçìåííûé Ñëîé (ÏÏÑ), ãäå ôîðìèðóþò ïó÷êè (ïîêàçàíû ðàçíîöâåòíûìè ñòðåëêàìè). ×åì äàëüøå â õâîñòå ðàñïîëîæåíû èñòî÷íèêè óñêîðåíèÿ, òåì âûøå ýíåðãèÿ èîíîâ (íàèáîëåå ýíåðãè÷íûé ïó÷îê èçîáðàæåí êðàñíîé ëèíèåé). Ñïðàâà: ïðèìåð íàáëþäåíèÿ ïó÷êà óñêîðåííûõ èîíîâ â ÏÏÑ õâîñòà. Ñâåðõó âíèç ïîêàçàíà ôóíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ èîíîâ ïî ñêîðîñòÿì è ýíåðãî-âðåìåííûå ñïåêòðîãðàììû èîíîâ, äâèæóùèõñÿ ê Çåìëå è îò Çåìëè, èçìåðåííûå ñïåêòðîìåòðîì ÊÎÐÀËË íà áîðòó ñïóòíèêà ?Èíòåðáîë-1?, è âðåìåííîé õîä àáñîëþòíîé âåëè÷èíû ìàãíèòíîãî ïîëÿ.

Ñîòðóäíèêàìè ÈÊÈ áûëà ðàçðàáîòàíà òåîðèÿ ðåçîíàíñíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ íåàäèàáàòè÷åñêèõ èîíîâ ñ òîêîâûì ñëîåì õâîñòà, â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî óñêîðåííûå èîíû èíæåêòèðóþòñÿ â ïîãðàíè÷íóþ îáëàñòü ïëàçìåííîãî ñëîÿ, ãäå îáðàçóþò ïó÷êè, äâèæóùèåñÿ ñ âûñîêèìè ñêîðîñòÿìè âäîëü ñèëîâûõ ëèíèé ìàãíèòíîãî ïîëÿ ê Çåìëå (ðèñ. 2, ëåâàÿ ÷àñòü). Èçìåðåíèÿ ôóíêöèé ðàñïðåäåëåíèÿ èîíîâ ïî ñêîðîñòÿì â ïîãðàíè÷íîì ïëàçìåííîì ñëîå õâîñòà ñïóòíèêîì ?Èíòåðáîë-1? ïîçâîëèëè íå òîëüêî íàáëþäàòü äàííîå ÿâëåíèå (ðèñ. 2, ïðàâàÿ ÷àñòü), íî è âïåðâûå íà áîëüøîé ñòàòèñòèêå íàáëþäåíèé äîêàçàòü, ÷òî óñêîðåíèå èîíîâ â òîêîâîì ñëîå õâîñòà ïðîèñõîäèò ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííî. Òàêæå ñòàòèñòè÷åñêè áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî èîííûå ïó÷êè ëîêàëèçîâàíû â ïðîñòðàíñòâå è èõ ïîïåðå÷íûé ðàçìåð (â íàïðàâëåíèè ïåðïåíäèêóëÿðíîì ëîêàëüíîìó ìàãíèòíîìó ïîëþ) ñîñòàâëÿåò äåñÿòûå äîëè çåìíîãî ðàäèóñà.

Ðèñ. 3. Ñëåâà: Ñïåêòð âûñîêîýíåðãè÷íûõ èîíîâ, èçìåðåííûé ñïóòíèêîì ?Èíòåðáîë-1?. Íà ñïåêòðå õîðîøî âèäíû òðè óçêèõ ïèêà, îáðàçóþùèõ ñòðóêòóðû AMI. Ñïðàâà: íàáëþäåíèå âîëíîîáðàçíîé ýíåðãåòè÷åñêîé äèñïåðñèè èîíîâ íà ýíåðãî-âðåìåííîé ñïåêòðîãðàììå. Õîðîøî âèäíû òðè èíæåêöèè. Ïîëîæåíèå ïèêîâ ýíåðãèè èîíîâ ñîâïàäàåò ñ ëîêàëüíûìè âàðèàöèÿìè àçèìóòàëüíîé êîìïîíåíòû ìàãíèòíîãî ïîëÿ (äàííûå ñïóòíèêà ?Èíòåðáîë-2?).

Ñ ïîìîùüþ ñïåêòðîìåòðîâ ÄÎÊ-2 áûëè ïîëó÷åíû íîâûå äàííûå îá ýíåðãåòè÷åñêèõ ñïåêòðàõ ýíåðãè÷íûõ ÷àñòèö (20 ? 800 êýÂ) â ìàãíèòîñôåðå. Èçìåðÿåìûé ýíåðãåòè÷åñêèé äèàïàçîí áûë ðàçäåëåí íà 56 ñòóïåíåé, ÷òî îáåñïå÷èëî áåñïðåöåäåíòíî âûñîêîå ýíåðãåòè÷åñêîå ðàçðåøåíèå ïðèáîðà. Áëàãîäàðÿ ýòèì èçìåðåíèÿì áûëè âïåðâûå îáíàðóæåíû âñïëåñêè ïðàêòè÷åñêè ìîíîýíåðãè÷íûõ óñêîðåííûõ èîíîâ (òàê íàçûâàåìûå AMI).  ëåâîé ÷àñòè ðèñ.3. ïîêàçàí ïðèìåð ñïåêòðà AMI íàáëþäàåìûé ïåðåä ôðîíòîì ãîëîâíîé óäàðíîé âîëíû. Òðè ïèêà ñîîòâåòñòâóþò èîíàì H⁺, He⁺² è CNO^+(5-6), êîòîðûå ïðîøëè ÷åðåç îäíó è òó æå ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ ~100 êÂ.  áîëüøèíñòâå íàáëþäàåìûõ ñëó÷àåâ ìîæíî áûëî âûäåëèòü ëèøü îäèí èëè äâà ïèêà. Äàííûé èîííûé ñîñòàâ áûë ïîäòâåðæäåí èçìåðåíèÿìè, ïðîèçâîäèìûìè èîííûì ìàññ-ñïåêòðîìåòðîì EPIC ñïóòíèêà ?Geotail?. Ïî÷òè âñå àíàëîãè÷íûå ñîáûòèÿ áûëè çàðåãèñòðèðîâàíû â ïåðèîäû þæíîãî íàïðàâëåíèÿ ÌÌÏ.

Òàê êàê ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ â 100 ê ñðàâíèìà ñ ìàêñèìàëüíûì ïàäåíèåì ïîòåíöèàëà ïîïåðåê õâîñòà (â íàïðàâëåíèè óòðî-âå÷åð), óñêîðåíèå èîíîâ, îáðàçóþùèõ AMI íàèáîëåå âåðîÿòíî ñâÿçàíî ñ êðóïíîìàñøòàáíîé ïåðåñòðîéêîé ìàãíèòíîé êîíôèãóðàöèè.  êà÷åñòâå ìåõàíèçìà óñêîðåíèÿ AMI áûëî ïðåäëîæåíî óñêîðåíèå âñïëåñêàìè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ áîëüøîé àìïëèòóäû, ãåíåðèðóåìûìè â ðåçóëüòàòå ðàçðóøåíèÿ òîêîâûõ ôèëàìåíòîâ (íåñòàöèîíàðíîãî ìàãíèòíîãî ïåðåñîåäèíåíèÿ). Äàííûå ïðîöåññû ìîãóò ïðîèñõîäèòü â ãåîìàãíèòíîì õâîñòå, íà ìàãíèòîïàóçå è â ñîëíå÷íîì âåòðå.  ïîñëåäíåì ñëó÷àå âñïëåñêè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ìîãóò ãåíåðèðîâàòüñÿ â ðåçóëüòàòå ñòîëêíîâåíèÿ ðàçðûâîâ ÌÌÏ, êîòîðûå, ïî ñóòè, ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé òîêîâûå ñëîè.

Äðóãîå íîâîå è èíòåðåñíîå ÿâëåíèå áûëî îáíàðóæåíî ñïåêòðîìåòðîì ÄÎÊ-2, óñòàíîâëåííûì íà áîðòó ñïóòíèêà ?Èíòåðáîë-2?, âî âíóòðåííåé ìàãíèòîñôåðå (Ðèñ. 3, ïðàâàÿ ÷àñòü). Óñêîðåííûå çàðÿæåííûå ÷àñòèöû, ñïîðàäè÷åñêè èíæåêòèðîâàííûå âî âíóòðåííþþ ìàãíèòîñôåðó èç õâîñòà âî âðåìÿ ñóááóðü, äðåéôóþò âîêðóã Çåìëè.  ïðîñòåéøåì ñëó÷àå âðåìÿ ïðèáûòèÿ èîíà â òî÷êó íàáëþäåíèÿ çàâèñèò îò åãî ýíåðãèè. Òàê êàê èíæåêöèè èîíîâ áîëåå èëè ìåíåå ëîêàëèçîâàíû âî âðåìåíè è â ïðîñòðàíñòâå, è ÷àñòèöû ñ íàèáîëåå âûñîêèìè ýíåðãèÿìè ïðèõîäÿò ê íàáëþäàòåëþ ïåðâûìè, íà ýíåðãî-âðåìåííûõ ñïåêòðîãðàììàõ, èçìåðåííûõ ñïóòíèêîì, íàáëþäàþòñÿ õàðàêòåðíûå ?õâîñòû? ñî ñïàäàþùåé ýíåðãèåé.

Èíæåêöèè óñêîðåííûõ ÷àñòèö ïðîèñõîäÿò â ìàãíèòîñôåðå ïðàêòè÷åñêè ïîâñåìåñòíî. Îäíàêî, â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ íàáëþäàëèñü ïåðèîäè÷åñêèå âàðèàöèè ýíåðãèè èíæåêòèðóåìûõ èîíîâ, òàê ÷òî óìåíüøåíèå ýíåðãèè íà ñïåêòðîãðàììàõ áûëî íåìîíîòîííûì: âûñîêîýíåðãè÷íûå ÷àñòèöû, êîòîðûå óæå ïðîøëè ìèìî ñïóòíèêà, âîçâðàùàëèñü âíîâü. Âàðèàöèè ýíåðãèè ÷àñòèö ñîïðîâîæäàëèñü ïîõîæèìè âàðèàöèÿìè ìàãíèòíîãî ïîëÿ è ãåîìàãíèòíûìè ïóëüñàöèÿìè, íàáëþäàåìûìè íàçåìíûìè ñòàíöèÿìè (ïðàâàÿ ÷àñòü ðèñ. 3). Òàêàÿ èçìåí÷èâîñòü ïîòîêà èíæåêòèðîâàííûõ èîíîâ ìîæåò áûòü îáúÿñíåíà àçèìóòàëüíûì äâèæåíèåì ìàãíèòíûõ ñèëîâûõ òðóáîê, ó÷àñòâóþùèõ â ïóëüñàöèÿõ.  ðåçóëüòàòå ýòîãî äâèæåíèÿ ìàãíèòíûå ñèëîâûå òðóáêè, íà êîòîðûõ íàõîäèëèñü âûñîêîýíåðãè÷íûå èîíû, âîçâðàùàëèñü âíîâü ê äåòåêòîðó. Äàííîå ÿâëåíèå ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííûõ è âðåìåííûõ ìàñøòàáîâ ãåîìàãíèòíûõ ïóëüñàöèé è â íàñòîÿùåå âðåìÿ èññëåäóåòñÿ òåîðåòè÷åñêè è ÷èñëåííî.

Ìàãíèòîñôåðíî-èîíîñôåðíîå âçàèìîäåéñòâèå

Âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ìàãíèòîñôåðîé è èîíîñôåðîé îñóùåñòâëÿåòñÿ âäîëü ñèëîâûõ ëèíèé ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïîñðåäñòâîì ïðîäîëüíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ òîêîâ, çàðÿæåííûõ ÷àñòèö, âûñûïàþùèõñÿ â èîíîñôåðå, à òàêæå ïîòîêîâ ÷àñòèö, âûòÿãèâàåìûõ èç èîíîñôåðû. Ìàãíèòîñôåðíî-èîíîñôåðíîå âçàèìîäåéñòâèå ÿâëÿåòñÿ êëþ÷åâûì çâåíîì â ãëîáàëüíîé äèíàìèêå ìàãíèòîñôåðû: ðàçëè÷íûå îáëàñòè ìàãíèòîñôåðû ÷àñòî áîëåå ýôôåêòèâíî âçàèìîäåéñòâóþò ìåæäó ñîáîé ÷åðåç èîíîñôåðó áëàãîäàðÿ åå âûñîêîé ýëåêòðè÷åñêîé ïðîâîäèìîñòè âäîëü ñèëîâûõ ëèíèé ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Òåì ñàìûì ñîçäàåòñÿ ìåõàíèçì îáðàòíîé ñâÿçè ïðàêòè÷åñêè âî âñåõ ïðîÿâëåíèÿõ ìàãíèòîñôåðíîé àêòèâíîñòè, â ÷àñòíîñòè, â ìàãíèòíûõ ñóááóðÿõ.

Ðèñ. 4. Ñëåâà: Ñõåìà íàãðåâà èîíîñôåðû íà âûñîòå ~ 100 êì âûñîêî÷àñòîòíûìè ðàäèîâîëíàìè, ãåíåðàöèè âîñõîäÿùèõ ïîòîêîâ ãîðÿ÷èõ ÷àñòèö è ýëåêòðîìàãíèòíîé ýìèññèè. Ñïðàâà, ñâåðõó âíèç: ñïåêòðîãðàììà êîëåáàíèé ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ; ýíåðãî-âðåìåííàÿ ñïåêòðîãðàììà ýëåêòðîíîâ è âðåìåííîé õîä ëîêàëüíîé êîìïîíåíòû ìàãíèòíîãî ïîëÿ â íàïðàâëåíèè óòðî-âå÷åð (ñðåäíÿÿ âåëè÷èíà ìàãíèòíîãî ïîëÿ âû÷òåíà) ïî äàííûì èçìåðåíèé ñïóòíèêà ?Èíòåðáîë-2? íàä çîíîé íàãðåâà (27 îêòÿáðÿ 1996ã.). Öâåòà íà ñïåêòðîãðàììàõ ïîêàçûâàþò èíòåíñèâíîñòü â óñëîâíûõ åäèíèöàõ (êðàñíûé öâåò ñîîòâåòñòâóåò ìàêñèìàëüíûì çíà÷åíèÿì).

Íàðÿäó ñ ïàññèâíûìè èçìåðåíèÿìè, äëÿ èññëåäîâàíèÿ èîíîñôåðû øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ òàê íàçûâàåìîå ïðîñâå÷èâàíèå èîíîñôåðû. Äëÿ ýòèõ öåëåé â Ðîññèè, ñòðàíàõ Ñêàíäèíàâèè è ÑØÀ áûëî ñîçäàíî íåñêîëüêî ìîùíûõ íàçåìíûõ óñòðîéñòâ (íàãðåâíûõ ñòåíäîâ), ñïîñîáíûõ èçëó÷àòü â èîíîñôåðó ðàäèîâîëíû ìåãàâàòíîé ìîùíîñòè. Ýíåðãèè ýòîãî èçëó÷åíèÿ ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî äëÿ ìîäèôèêàöèè õàðàêòåðèñòèê ñèñòåìû ìàãíèòîñôåðíî-èîíîñôåðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Ïîäîáíûé óíèêàëüíûé ýêñïåðèìåíò áûë îñóùåñòâëåí ñïóòíèêîì ?Èíòåðáîë-2? è íîðâåæñêèì íàãðåâíûì ñòåíäîì EISCAT. Âî âðåìÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà ñïóòíèê ?Èíòåðáîë-2? íàõîäèëñÿ âáëèçè ïîëóíî÷íîãî ìåðèäèàíà íà âûñîòå ~ 8000 êì, ò.å. ìíîãî âûøå èîíîñôåðû (ðèñ. 4).

Ñðàçó ïîñëå âêëþ÷åíèÿ íàçåìíîãî ãåíåðàòîðà ðàäèîâîëí (â ~ 21:30 UT) ñïóòíèê ?Èíòåðáîë-2? çàðåãèñòðèðîâàë âàðèàöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ è âñïëåñêè ïîòîêà ýëåêòðîíîâ ñ ýíåðãèÿìè 0.1-6 êý â ïåðâîíà÷àëüíî ïðàêòè÷åñêè ïóñòûõ ìàãíèòíûõ ñèëîâûõ òðóáêàõ. Îäíîâðåìåííî íàáëþäàëàñü êîíóñîîáðàçíàÿ ýëåêòðîìàãíèòíàÿ ýìèññèÿ, êîòîðîé îáû÷íî ñîïðîâîæäàåòñÿ âîñõîäÿùèé ïîòîê ýëåêòðîíîâ (ïðàâàÿ ÷àñòü ðèñ. 4). Äàííûå íàáëþäåíèÿ ñâèäåòåëüñòâóþò î ïîÿâëåíèè ïðîäîëüíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà, âòåêàþùåãî â èîíîñôåðó è ñâÿçûâàþùåãî îáëàñòü íàãðåâà â èîíîñôåðå ñ íåêîòîðîé îáëàñòüþ â ìàãíèòîñôåðíîì õâîñòå. Äàííûé ýêñïåðèìåíò ïîçâîëèë âïåðâûå íåïîñðåäñòâåííî íàáëþäàòü èñêóññòâåííîå èíäóöèðîâàíèå ïðîäîëüíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà, àíàëîãè÷íîãî ïîÿâëÿþùåãîñÿ âî âðåìÿ ìàãíèòíûõ ñóááóðü. Ñìîæåò ëè ýòîò òîê âûçâàòü ôîðìèðîâàíèå çàìêíóòîé ñóááóðåâîé òîêîâîé ñèñòåìû, çàâèñèò îò îáùåãî ñîñòîÿíèÿ ìàãíèòîñôåðû.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàçðàáàòûâàåòñÿ ñïåöèàëüíàÿ ìèññèÿ ?Ðåçîíàíñ?, êîòîðàÿ áóäåò ðåãóëÿðíî ïðîâîäèòü ïîäîáíûå èññëåäîâàíèÿ.