Высыпания магнитосферных электронов, зарегистрированные в атмосфере на средней и полярных широтах в 2022–2023 годах

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследование высыпаний высокоэнергичных электронов (ВВЭ) из магнитосферы в земную атмосферу является важным для изучения физических механизмов ускорения электронов во время межпланетных возмущений в околоземном пространстве, процессов формирования захваченных потоков электронов в магнитосфере и их последующего высыпания в атмосферу. Кроме этого, высыпающиеся электроны влияют на функционирование космических аппаратов и нередко приводят к значительному разрушению мезосферного озона. Долгопрудненская научная станция (ДНС) ФИАН с 1957 г. проводит непрерывные измерения потоков космических лучей на высотах 0–30 км в атмосфере полярных широт (Мурманская обл.; Антарктида) и на средней широте (Московская область). За это время зарегистрировано почти 600 случаев ВВЭ, в основном, из внешнего радиационного пояса Земли вблизи его полярной границы (по данным измерений в Мурманской области). Вместе с тем зарегистрировано несколько случаев высыпаний электронов на средней широте (Московская обл.) и на ст. Мирный в Антарктиде, в том числе в 2022–2023 гг. В работе обсуждаются межпланетные и геомагнитные условия во время этих событий. Анализ данных измерений в стратосфере позволил установить спектры поглощения вторичных тормозных фотонов и на их основе, с использованием разработанного авторами метода, определить первичные энергетические спектры высыпающихся магнитосферных электронов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. С. Махмутов

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Author for correspondence.
Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Russian Federation, Москва; Московская обл., Долгопрудный

Г. А. Базилевская

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук; Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Russian Federation, Москва; Москва

А. Н. Квашнин

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Russian Federation, Москва

М. Б. Крайнев

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Russian Federation, Москва

Н. С. Свиржевский

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Russian Federation, Москва

А. К. Свиржевская

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Russian Federation, Москва

Ю. И. Стожков

Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Email: makhmutv@sci.lebedev.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Ripoll J.‐F., Claudepierre S.G., Ukhorskiy A.Y. et al. Particle Dynamics in the Earth’s Radiation Belts: Review of Current Research and Open Questions // J. Geophys. Res. Space Physics. 2020. V. 125. Art.ID. e2019JA026735. doi: 10.1029/2019JA026735.
  2. Xiong Y., Xie L., Pu Z. et al. Responses of relativistic electron fluxes in the outer radiation belt to geomagnetic storms // J. Geophysical Research: Space Physics. 2015. V. 120. P. 9513–9523. doi: 10.1002/2015JA021440.
  3. Baker D.N., Jaynes A.N., Hoxie V.C., et al. An impenetrable barrier to ultrarelativistic electrons in the Van Allen radiaton belts // Nature. 2014. V. 515(7528). P. 531–534. doi: 10.1038/nature13956.
  4. Fennell J.F., Claudepierre S.G., O’Brien T.P. et al. VanAllen Probes show the inner radiation zone contains no MeV electrons: ECT/MagEIS data // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 1283–1289. doi: 10.1002/2014GL062874.
  5. Lyons L.R., Thorne R.M. Equilibrium structure of radiation belt electrons // J. Geophys. Res. 1973. V. 78(13). P. 2142–2149. doi: 10.1029/JA078i013p02142.
  6. Gombosi T.I., Baker D.N., Balogh A. et al. Anthropogenic space weather // Space Sci. Rev. 2017. V. 212 (3–4). P. 985–1039. doi: 10.1007/s11214-017-0357-5.
  7. Foster J.C., Erickson P.J., Baker D.N. et al. Observations of the impenetrable barrier, the plasmapause, and the VLF bubble during the 17 March 2015 storm // J. Geophys. Res. Space Physics. 2016. V. 121. P. 5537–5548. doi: 10.1002/2016JA022509.
  8. Rodger C.J., Clilverd M.A., Thomson N.R. et al. Radiation belt electron precipitation into the atmosphere: Recovery from a geomagnetic storm // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. Art.ID A11307. doi: 10.1029/2007JA012383.
  9. Claudepierre S.G., O’Brien T.P., Looper M.D. et al. A revised look at relativistic electrons in the Earth’s inner radiation zone and slot region // J. Geophys. Res. Space Physics. 2019. V. 124. P. 934–951. doi: 10.1029/2018JA026349.
  10. Kavanagh A.J., Cobbett N., Kirsch P. Radiation Belt slot region filling events: Sustained energetic precipitation into the mesosphere // J. Geophys. Res. Space Physics. 2018. V. 123. P. 7999–8020. doi: 10.1029/2018JA025890.
  11. Aplin K.L., Marlton G.J., Race V. Stratospheric X-rays detected at midlatitudes with a miniaturized balloon-borne microscintillator- PiN diode system // Space Weather. 2021. V. 19. Art.ID. e2021SW002809. doi: 10.1029/2021SW002809.
  12. Babu E.M., Nesse-Tyssoy H.N., Smith-Johnsen C. et al. Determining latitudinal extent of energetic electron precipitation using MEPED on-board NOAA/POES // J. Geophys. Res. Space Physics. 2022. V. 127. Art.ID e2022JA030489. doi: 10.1029/2022JA030489.
  13. Nesse H., Babu E.M., Salice J.A. et al. Energetic electron precipitation during slot region filling events.// J. Geophys. Res. Space Physics. 2023. V. 128. Art.ID e2023JA031606. doi: 10.1029/2023JA031606.
  14. Stozhkov Y.I., Svirzhevsky N.S., Bazilevskaya G.A. et al. Long-term (50 years) measurements of cosmic ray fluxes in the atmosphere // Adv. Space Res. 2009. V. 44. Iss. 10. P. 1124–1137. doi: 10.1016/j.asr.2008.10.038.
  15. Махмутов В.С., Базилевская Г.А., Миронова И.А. и др. Атмосферные эффекты во время высыпаний энергичных электронов // Изв. Ран. Сер. Физ. 2021. Т. 85. № 11. С. 1650–1653. doi: 10.31857/S0367676521110223. (Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Mironova I.A. et al. Atmospheric Effects during the Precipitation of Energetic Electrons// BRAS 2021. N. 11. P. 1310. doi: 10.3103/S1062873821110228)
  16. Mironova I.A., Sinnhuber V., Bazilevskaya G.A. et al. Exceptional middle latitude electron precipitation detected by balloon observations: implications for atmospheric composition // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22. P. 6703–6716. doi: 10.5194/acp-22-6703-2022.
  17. Makhmutov V.S., Bazilevskaya G.A., Stozhkov Y.I. et al. Catalogue of electron precipitation events as observed in the long duration cosmic ray balloon experiment // J. Atmospheric and Solar‐Terrestrial Physics. 2016. V. 149. P. 258–276. doi: 10.1016/j.jastp.2015.12.006.
  18. Bazilevskaya G.A., Kalinin M.S., Krainev M.B. et al. Temporal characteristics of energetic magnetospheric electron precipitation as observed during long-term balloon observations // J. Geophys. Res. Space 2020. V. 125. Iss. 11. Art.ID. e28033. doi: 10.1029/2020JA028033.
  19. Makhmutov V.S., Maurchev E.A., Bazilevskaya G.A. et al. Estimation of energy spectrum of precipitating magnetospheric electrons based on bremsstrahlung X-ray fluxes recorded in the atmosphere. // J. Geophys. Res. Space Physics. 2023. V. 128. Art.ID. e2023JA031370. doi: 10.1029/2023JA031370.
  20. Tsurutani B.T., Gonzalez W.D. The cause of high‐intensity long‐duration continuous AE activity (HILDCAAs): Interplanetary Alfvén wave trains // Planetary and Space Science. 1987. V. 35(4). P. 405–412. doi: 10.1016/0032-0633(87)90097-3.
  21. Kozyreva O., Myagkova I, Antonova E. et al. Energetic electron precipitation measured by coronas-f satellite and polar magnetic disturbances: case study of December 13, 2003 // Proc. XXXII Annual Seminar. Apatity. 2009. P. 67–70.
  22. Bland E., Bozóki T., Partamies N. Spatial extent of the energetic electron precipitation region during substorms // Front. Astron. Space Sci. 2022. V. 9. Art.ID. 978371. doi: 10.3389/fspas.2022.978371.
  23. Claudepierre S.G., O’Brien T.P., Fennell J.F. et al. The hidden dynamics of relativistic electrons (0.7–1.5 MeV) in the inner zone and slot region // J. Geophys. Res. Space Physics. 2017. V. 122. P. 3127–3144. doi: 10.1002/2016JA023719.
  24. O’Brien D., Li X., Khoo L. et al. Observations of Relativistic Electron Enhancement and Butterfly Pitch Angle Distributions at Low L(<3) // Geophys. Res. Lett. 2024. V. 51. Art.ID. e2023GL106668. doi: 10.1029/2023GL106668.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Data from a single counter measured on 11, 13, and 16.V.2022 at Mirny station (left) and on 20, 29.VI.2022 at Dolgoprudny station (Moscow; right) at different levels of the residual atmosphere (pressure). Cases of electron precipitation were recorded on 16 May at Mirny station (left) and on 20 June at Dolgoprudny station (right).

Download (36KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Left: absorption spectrum of photons >20 keV (ΔN depending on the depth of the residual atmosphere (X); ΔN is the value of excess of the speed of a single counter over the background according to minute data) during the EEP on 20.VI.2022 in Moscow. Right: reconstructed energy spectrum of precipitating electrons at the boundary of the atmosphere for this event.

Download (25KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Temporal changes in the characteristics of interplanetary plasma and the geomagnetic Dst index on May 10–20, 2022 and June 15–25, 2022. The vertical dashed lines indicate the time of EEP observation in Mirny on May 16, 2022 (left) and at Dolgoprudny station on June 20, 2022 (right).

Download (67KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences