Геомагнітний ефект сонячного затемнення 10 червня 2021 р.

1Чорногор, ЛФ
1Харківський національний університет імені В.Н.Каразіна, Харків, Україна
Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2022, 38(1):16-34
Start Page: Динаміка і фізика тіл Сонячної системи
Мова: українська
Анотація: 

Сонячне затемнення (СЗ) належить до рідкісних високоенергетичних явищ природи. Наприклад, зміна внутрішньої (теплової) енергії приземного повітря товщиною всього приблизно в 100 м досягає близько 1018 Дж при потужності процесу в одиниці терават. Значна енергетика процесів, викликаних СЗ у верхній атмосфері і геокосмосі. Наприклад, теплова енергія плазми в іоносфері в об’ємі порядку 1019 м3 зменшується на 1011 Дж. Магнітне поле в об’ємі 1021 м3 зменшується на 50 нТл, а його енергія — на 1015 Дж. СЗ супроводжуються збуренням параметрів всіх підсистем в системі Земля — атмосфера — іоносфера — магнітосфера. Збурення параметрів верхньої атмосфери й іоносфери неминуче повинно призвести до варіацій геомагнітного поля. В даний час у геофізиків немає єдиної думки про те, як проявляється СЗ в геомагнітному полі. Наявні дані суперечливі. Більшість дослідників вважає, що геомагнітний ефект СЗ реальний. У низці випадків часові варіації геомагнітного поля в цілому повторюють зміни освітленості поверхні Землі, в інших випадках вони можуть випереджати або запізнюватися приблизно на 1 год відносно змін освітленості. Найчастіше вивчався геомагнітний ефект в області повного СЗ, де він повинен бути найбільш вираженим. Що далі розташована обсерваторія від області повної тіні, то важче пов’язати магнітні варіації з СЗ. Пошук реакції геомагнітного поля на СЗ є важкою задачею. Можлива реакція «маскується» варіаціями іншої природи. Більш того, величина та знак збурення геомагнітного поля істотно залежать від стану космічної погоди, сезону, часу доби, розташування магнітної обсерваторії та, звичайно ж, від фази затемнення. Тому дослідження впливу СЗ на геомагнітне поле залишається актуальною задачею. Метою цієї роботи є виклад результатів аналізу часових варіацій геомагнітного поля, зареєстрованих мережею магнітних станцій INTERMAGNET протягом СЗ 10 червня 2021 р. Особливість цього затемнення полягала в тому, що СЗ було кільцеподібним (максимальна фаза Mmax ~ 0.943). Кільцеподібне СЗ почалося 10 червня 2021 р. о 08:12:20 UT над територією Канади. Місячна тінь рухалася через Атлантичний океан, Гренландію, Північний Льодовитий океан, Північний полюс, північну частину Європи й Азії. Часткове СЗ спостерігалося в Монголії та Китаї. Закінчилося кільцеподібне затемнення об 11:33:43 UT, а часткове — о 13:11:19 UT. Фаза максимального покриття відзначалася з 10:33:16 UT до 10:36:56 UT над Гренландією. Для аналізу геомагнітного ефекту залучалися результати спостережень світової мережі INTERMAGNET. Розрізнення за часом становило 1 хв, а за рівнем — 0.1 нТл. Вивченню підлягали часові варіації рівнів X-, Y- і Z-складових, зареєстровані у 15 магнітних обсерваторіях. Встановлено, що СЗ супроводжувалося аперіодичним зменшенням рівня X-складової на величину від 31...36 до 2...3 нТл. Зменшення цього рівня було найбільшим поблизу місця кільцеподібного затемнення. У міру віддалення на південь від цього місця величина ефекту швидко зменшувалася. Для найбільш південних станцій зменшення середнього рівня визначити не вдалося. Інші складові геомагнітного поля практично не змінювалися протягом СЗ. СЗ супроводжувалося також квазіперіодичними варіаціями рівня X-складової. Амплітуда цих варіацій зменшувалася у міру віддалення від області кільцевого затемнення від 4.8 до 0.4 нТл. Період квазіперіодичних збурень становив 40 ± 2 хв. Потрібно припускати, що ці збурення були викликані генерацією атмосферних гравітаційних хвиль під дією затемнення. Відносні зміни тиску в хвилі становили 1...2 %. Результати оцінок як аперіодичного, так і квазіперіодичного ефектів близькі до результатів спостережень. Це підтверджує механізм їхньої генерації.

Ключові слова: іоносферний струм, аперіодичні варіації, атмосферна гравітаційна хвиля, відносна зміна тиску, геомагнітне поле, квазіперіодичні варіації, концентрація електронів
References: 

1. L. F. Chernogor, Physical Effects of Solar Eclipses in the Atmosphere and Geospace (Khark. Nats. Univ. im. V. N. Karazina, Kharkiv, 2013) [in Russian].

2. L. A. Bauer, "Results of international magnetic observations made during the total solar eclipse of May 18, 1901, including results obtained during previous solar eclipses," Terr. Magn. Atmos. Electr. 7, 155-192 (1902). https://doi.org/10.1029/TE007i004p00155
https://doi.org/10.1029/TE007i004p00155

3. L. A. Bauer, "Results and analysis of magnetic observations during the solar eclipse of May 29, 1919. - Summary I," Terr. Magn. Atmos. Electr. 25, 81-98 (1920). https://doi.org/10.1029/TE025i003p00081
https://doi.org/10.1029/TE025i003p00081

4. L. A. Bauer and H. W. Fisk, "On the results of some magnetic observations during the solar eclipse of August 21, 1914," Terr. Magn. Atmos. Electr. 21, 57-86 (1916). https://doi.org/10.1029/TE021i002p00057
https://doi.org/10.1029/TE021i002p00057

5. H. A. Bomke, H. A. Blake, A. K. Harris, W. H. Hulse, D. J. Sheppard, A. A. Giesecke, and A. Pantoja, "Recombination coefficient and coronal contribution to E-layer ionization from magnetic observations of a solar eclipse," J. Geophys. Res. 72, 5913-5918 (1967). https://doi.org/10.1029/JZ072i023p05913
https://doi.org/10.1029/JZ072i023p05913

6. J. Brenes, G. Leandro, and W. Fernández, "Variation of the geomagnetic field in Costa Rica during the total solar eclipse of July 11, 1991," Earth, Moon, Planets 63, 105-117 (1993). https://doi.org/10.1007/BF00575100
https://doi.org/10.1007/BF00575100

7. S. Chapman, "The effect of a solar eclipse on the Earth's magnetic field," Terr. Magn. Atmos. Electr. 38, 175-183 (1933). https://doi.org/10.1029/TE038i003p00175
https://doi.org/10.1029/TE038i003p00175

8. L. F. Chernogor and N. Blaunstein, Radiophysical and Geomagnetic Effects of Rocket Burn and Launch in the Near-the-Earth Environment (CRC/Taylor & Francis, Boca Raton, Fla., 2018).

9. C. Chree, "Magnetic and electric observations at Kew Observatory relating to the solar eclipse of August 21, 1914," Terr. Magn. Atmos. Electr. 20, 71-74 (1915). https://doi.org/10.1029/TE020i002p00071
https://doi.org/10.1029/TE020i002p00071

10. J. J. Curto, B. Heilig, and M. Piñol, "Modeling the geomagnetic effects caused by the solar eclipse of 11 August 1999," J. Geophys. Res.: Space Phys. 111, A07312 (2006). https://doi.org/10.1029/2005JA011499
https://doi.org/10.1029/2005JA011499

11. A. D'Costa and G. Perez, "Change of the geomagnetic pulsation regime in the period of the solar eclipse on October 12, 1977," Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 24, 658-661 (1984).

12. J. Egedal and N. Ambolt, "The effect on geomagnetism of the solar eclipse of 30 June 1954," J. Atmos. Terr. Phys. 7, 40-48 (1955). https://doi.org/10.1016/0021-9169(55)90105-7
https://doi.org/10.1016/0021-9169(55)90105-7

13. A. A. Giesecke, M. Casaverde, Y. Kato, I. Aoyama, and S. Takei, "The effect on the geomagnetic field of the solar eclipse of Nov. 12, 1966 at and near the dip equator," Rep. Ionos. Space Res. Jpn. 22, 61-69 (1968).

14. B. Heilig, A. Csontos, and P. Kovacs, "The geomagnetic effect of the solar eclipse of 11 August, 1999," Contrib. Geophys. Geod. 31, 323-330 (2001).

15. M. Hvoždara and A. Prigancová, "Geomagnetic effects due to an eclipse-induced low-conductivity ionospheric spot," J. Geophys. Res.: Space Phys. 107, SIA 14-1-SIA 14-13 (2002). https://doi.org/10.1029/2002JA009260
https://doi.org/10.1029/2002JA009260

16. Y. Kato, "The effect on geomagnetic filed of the solar eclipse of October 12, 1958," Sci. Rep. Tohoku Univ., Ser. 5 12 (1) (1960).

17. Y. Kato, "The effect on the geomagnetic micropulsation of the solar eclipse of 20 July 1963," Sci. Rep. Tohoku Univ., Ser. 5 16 (2), 49-62 (1964).

18. Y. Kato and J. Ossaka, "The effect of the solar eclipse on the Sq current of the diurnal variation," Sci. Rep. Tohoku Univ., Ser. 5 7 (Suppl.), 21-29 (1956).

19. M. Korte, H. Lühr, M. Förster, V. Haak, and P. Bencze, "Did the solar eclipse of August 11, 1999, show a geomagnetic effect?," J. Geophys. Res.: Space Phys. 106, 18563-18575 (2001). https://doi.org/10.1029/2001JA900006
https://doi.org/10.1029/2001JA900006

20. A. V. Ladynin, N. N. Semakov, and S. Yu. Khomutov, "Changes in the daily geomagnetic variation during the total solar eclipse of the 1 August 2008," Russ. Geol. Geophys. 52, 343-352 (2011). https://doi.org/10.1016/j.rgg.2011.02.007
https://doi.org/10.1016/j.rgg.2011.02.007

21. F. E. M. Lilley and D. V. Woods, "Magnetic observations of the solar eclipse of 23 October 1976 in Australia," Nature 266, 823-824 (1977). https://doi.org/10.1038/266823a0
https://doi.org/10.1038/266823a0

22. S. R. C. Malin, O. Özcan, S. B. Tank, M. K. Tunçer, and O. Yazici-Çakin, "Geomagnetic signature of the 1999 August 11 total eclipse," Geophys. J. Int. 140, F13-F16 (2000). https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.2000.00061.x
https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.2000.00061.x

23. S. Matsushita, "Effects of a solar eclipse on the equatorial geomagnetic field," Ann. Geophys. 22, 471-477 (1966).

24. T. Nagata, Y. Nakata, T. Rikitake, and I. Yokoyama, "Effect of the solar eclipse on the lower parts of the ionosphere and the geomagnetic field," Rep. Ionos. Res. Jpn. 9, 121-135 (1955).

25. T. Nagata, T. Rikitake, and Y. Nakata, "The effect of a solar eclipse on the lower part of the ionosphere and on the geomagnetic field," J. Atmos. Terr. Phys. 6, 236-242 (1956).

26. H. Nevanlinna and L. Häkkinen, "Geomagnetic effect of the total solar eclipse on July 22, 1990," J. Geomagn. Geoelectr. 43, 319-321 (1991). https://doi.org/10.5636/jgg.43.319
https://doi.org/10.5636/jgg.43.319

27. E. V. Onovughe, "Geomagnetic diurnal variation during the total solar eclipse of 29 March 2006," Int. J. Astron. 2, 51-55 (2013).

28. A. L. Orozco and L. M. Barreto, "Magnetic effects during the solar eclipse of July 11, 1991," Geofís. Int. 32, 3-13 (1993). https://doi.org/10.22201/igeof.00167169p.1993.32.1.1147
https://doi.org/10.22201/igeof.00167169p.1993.32.1.1147

29. O. Özcan and M. Aydoğdu, "Possible effects of the total solar eclipse of August 11, 1999 on the geomagnetic field variations over Elaziǧ-Turkey," J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 66, 997-1000 (2004). https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.03.009
https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.03.009

30. R. G. Rastogi, "Solar eclipse effects on geomagnetism," Proc. Indian Natl. Sci. Acad. 48 (A, Suppl. 3), 464-472 (1982).

31. T. Rikitake, T. Uyeda, I. Tanaoka, and E. Nakagawa, "Preliminary report on the effect of the solar eclipse on April, 19, 1958 on the geomagnetic field," Rep. Ionos. Res. Jpn. 12, 174-181 (1958).

32. J. Střeštík, "The response of the 11 August 1999 total solar eclipse in the geomagnetic field," Earth, Moon, Planets 85, 561-566 (1999). https://doi.org/10.1007/978-94-010-0800-6_55
https://doi.org/10.1007/978-94-010-0800-6_55

33. M. Takeda and T. Araki, "Ionospheric currents and fields during the solar eclipse," Planet. Space Sci. 32, 1013-1019 (1984). https://doi.org/10.1016/0032-0633(84)90057-6
https://doi.org/10.1016/0032-0633(84)90057-6

34. J. Tauer, "On methods used for determining the effect of a solar eclipse on the geomagnetic field," Stud. Geophys. Geod. 8, 72-81 (1964). https://doi.org/10.1007/BF02607050
https://doi.org/10.1007/BF02607050

35. N. T. K. Thoa, H. D. Chau, T. Q. Hao, P. V. Tri, V. T. Son, L. V. Truong, and V. H. Nam, "Magnetic and ionospheric observations during the October 24, 1995 total solar eclipse in Vietnam," Terr., Atmos. Oceanic Sci. 8, 155-164 (1997). https://doi.org/10.3319/TAO.1997.8.2.155(ASEE)
https://doi.org/10.3319/TAO.1997.8.2.155(ASEE)

36. G. O. Walker, T. Y. Y. Li, Y. W. Wong, T. Kikuchi, and Y. N. Huang, "Ionospheric and geomagnetic effects of the solar eclipse of 18 March 1988 in East Asia," J. Atmos. Terr. Phys. 53, 25-37 (1991). https://doi.org/10.1016/0021-9169(91)90017-2
https://doi.org/10.1016/0021-9169(91)90017-2