Geomagnetické bouře
změna konfigurace => změna proudů tekoucích systémem => změna magnetického pole (i na Zemi) více než 500 magnetických observatoří, tolik dat je těžké zpracovat => zavádí se geomagnetické indexy Během substorms : electrojets, substorm current wedge Během storms : magnetopause current, ring current, partial ring current
K index (Julius Bartels, 1938) Celé číslo v intervalu 0 9 Vyjadřuje amplitudu horizontálních disturbancí magnetického pole po odečtení očekávaného quiet-time denního trendu pro dané roční období a stanici (a fázi měsíce) Tří-hodinové časové intervaly (tj. jedna hodnota indexu každé 3 hodiny) Kvazi-logaritmický, převodní tabulka jiná pro každou observatoř (tak, aby výsledné distribuce K indexů získané v různých observatořích byly stejné) Na vyšších geomagnetických šířkách je k dosažení stejné hodnoty K-indexu zapotřebí větší magnetická disturbance
Kp index (Julius Bartels, 1949) Cílem je získat jedinou hodnotu indexu vyjadřující míru geomagnetické aktivity K je lokální index vyjadřující velikost disturbancí v blízkosti dané observatoře. Vykazuje denní variace (větší hodnoty v půlnoci než v poledne), a dále závisí na ročním období a geomagnetické šířce. Zavádí se index Ks (přes další převodní tabulku), který toto omezí. Definován po třetinách, celkem 28 hodnot (0o, 0+, 1-, 1o, 1+, 2-, 2o, 2+,..., 8o, 8+, 9-, 9o) Kp index je definován jako průměr Ks indexů ze 13 definovaných observatoří. Ap index Průměrná hodnota Kp indexu za den, ale je třeba vzít v potaz, že Kp není lineární
Substorm indexy AU, AL, AE, AO (Davis, Sugiura, 1966) Zaměřuje se na aurorální oblast, relativně neovlivněné ring-currentem Od dat z každé stanice se odečte měsíční průměrná hodnota AU (auroral upper) odpovídá v každém čase maximální kladné disturbanci AL (auroral lower) odpovídá v každém čase maximální záporné disturbanci (tj. spodní obálka ) Celková velikost proudů v aurorální oblasti může být charakterizována jako: AE = AU AL Pro úplnost pak: AO = (AU + AL) / 2
Storm indexy Dst, Asym Zaměřuje se na ring-current (je úměrný celkové energii driftujících částic Dessler and Parker, 1959) Počítá se podobně jako aurorální indexy; problémy s odečítáním quiet-day trendu, jelikož klidné dny se často vyskytují v recovery fázi bouřek, kdy je H stále snížená (ale exponenciálně roste s časem) Po odečtení quiet-day trendu amplituda reziduí vydělí cos(mlat) se Dst je definováno podobně jako AO (průměr přeškálovaných reziduí) Asym je deinováno podobně jako AE (rozdíl mezi horní a spodní obálkou)
Magnetic Substorms Nejčastější typ geomagnetické aktivity Poměrně přesně definovaná sekvence událostí v magnetosféře a ionosféře Spouštěcím faktorem je, že díky IMF Bz < 0 dochází ke zvýšenému toku energie ze slunečního větru do magnetosféry; ta se ukládá v tailu ( growth phase ) Near-Earth přepojení magnetických siločar a přechod do expansion phase (roli možného spouštěče zde pravděpodobně hraje změna IMF Bz na kladné) Následný phase ) návrat do normálu ( recovery Typické disturbance trvají ~ 1 3 hodiny a mají amplitudy v rozmezí ~ 200 2000 nt Zvýšený výskyt polárních září
(Usadi et al., JGR, 1993)
Substorm Growth Phase Rekonekce na denní straně probíhá rychleji než na noční => hromadění magnetického toku (energie) v tailu Magnetosféra se rozevírá Plasma sheet se ztenčuje Posun tail currentu blíže k Zemi
Substorm Expansion Phase (Initial)
Substorm Expansion Phase (Intermediate)
Plasmoid se pohybuje směrem od Země, má charakteristickou bipolární strukturu v Bz (nejprve vzrůst, potom pokles)
Magnetic Storms Pokud je přísun energie ze slunečního větru značný a trvá delší dobu, dochází k formování ring-currentu a vzniku geomagnetické bouře Nejlépe pozorovatelné na malých/středních šířkách (Dst index) Dst ~ 50-150 nt ~ měsíčně Dst ~ 150-300 nt několikrát za rok Dst > 500 nt několikrát za sluneční cyklus Initial phase díky proudu na magnetopauze, který se zvýšeným tlakem slunečního větru dostane blíže k Zemi a zesílí Recovery phase díky postupným ztrátám částic z radiačních pásů a snižující se intenzitě ring currentu
Význam geomagnetických bouřek Nebezpečná radiace (především protony s energiemi > 30 MeV), hlavně pro astronauty v kosmickém prostoru (není tam ochrana v podobě zemské atmosféry / magnetosféry), ale i posádky letadel Vliv na orientaci ptáků (řídících se magnetickým polem) Možné poškození družic Vliv na rádiovou komunikaci a navigační systémy Nebezpečí poškození elektrické rozvodné sítě
Periodicita díky slunečnímu cyklu
(Půl)roční periodicita i) magnetická aktivita nejvyšší pro IMF orientované opačně než zemský dipól ii) větší ionosférická vodivost v létě => indexy počítané v letní hemisféře by měly vykazovat větší aktivitu
Periodicita díky sluneční rotaci
Závislost na rychlosti slunečního větru Platí pro průměrné variace za delší čas. Na kratších časových škálách ale korelace mezi geomagnetickými indexy a rychlostí slunečního větru prakticky neexistuje!