Kezdőlap  
ENGLISH VERSION
 
A MŰI
Évkönyvek
Dokumentumok


A Magyar Űrkutatási Iroda
elérhetőségei

Cím:
1011 Budapest, Iskola u. 13.

Telefon:
06-1-795-6237

 
  Európai magnetométer-lánc geomágneses pulzációk megfigyelésére
 

 
A földi mágneses térben igen lassú, százezer-millió éves (pl. pólusfordulások) és meglehetősen gyors, néhány másodperces-perces periódusú változások egyaránt megfigyelhetőek. Ez utóbbiakat geomágneses pulzációknak nevezzük. Bővebben a pulzációkról. A pulzációk részben a magnetoszférán kívül, a bolygóközi térben (a napszélben), részben már a magnetoszférán belül keletkeznek. Egyik jellegzetes típusuk a mágneses erővonalak rezonanciája. Az egyszerű mechanikai húrmodellhez hasonlatosan a rezonáns frekvenciát itt is a rezgő erővonal hosszúsága és az erővonal menti tömegsűrűség-tömegeloszlás szabja meg. A sarkok felé az erővonalak egyre hosszabbak, sajátfrekvenciájuk ennek megfelelően folyamatosan csökken. Míg a mi szélességünkön a rezonáns frekvencia szokásos értéke 45-55 mHz (18-22 s-os perióds), addig Finnország déli részén is már csak 5-10 mHz (T = 100-200 s). Adott helyen a rezonáns frekvencia változása mindenekelőtt a plazmasűrűség változásától függ. Ezt kihasználva, alkalmas geomágneses térmodell (pl. dipól modell), valamint megfelelő magasság szerinti plazmaeloszlás modell megválasztásával a rezonáns frekvenciából az adott erővonalra érvényes egyenlítői plazmasűrűség jól becsülhető.

2001-ben egy kvázi-meridionális európai állomásláncot hoztunk létre a pulzációk megfigyelésére a Magyarországot is átszelő 100°-os mágneses meridián mentén MM100 magnetométer hálózat 2007-2009 között az állomáslánc a Nemzetközi Heliofizikai Év megfigyelési programjába is bekapcsolódott (CIP 39 program) a MŰI témapályázatának támogatásával. A program célja egyrészt az ULF hullámok (pulzációk) magnetoszférabeli terjedésének, az ionoszféra hatásának jobb megértése, másrészt a magnetoszférában található plazma és a bolygóközi tér diagnosztikája földi megfigyelőhálózattal.



Az MM100 magnetométer-hálózat

Egy esettanulmány keretében kísérletet tettünk a Nagycenken és Tihanyban megfigyelt erővonalrezonancia frekvenciájából becsült plazmasűrűség és a Tihanyban regisztrált whistlerekből (villámok keltette, az erővonalak mentén nagy diszperzióval terjedő, a hallható hang frekvenciatartományába eső, de elektromágneses, VLF-jelek. Hangként megszólaltatva jellegzetes füttyszerű hangzásúak, innen elnevezésük) becsült elektornsűrűség-értékek összevetésére. Mindkét érték az erővonal egyenlítői pontjáról szolgáltat a plazmára vonatkozó információt.



VLF jelekből becsült elektronsűrűség (piros) és ULF-jelekből becsült plazmasűrűség (kék) egy 2004. novemberi geomágneses vihar idején. Az alsó ábrán a geomágneses Dst index a mágneses vihar lefolyását jellemzi.

Az összehasonlításhoz egy, a plazmaszféra szempontjából dinamikus időszakot, egy 2004. novemberi geomágneses vihart választottunk. Az ábrán a vihar lefolyását a geomágneses Dst index jellemzi. A mágneses viharoknak általában négy fázisuk van. A vihar sokszor, mint itt is, egy hirtelen beütéssel, a Dst index hirtelen, de csak rövid ideig tartó megemelkedésével kezdődik. Ezért a növekedésért a magnetopauzán, a magnetoszféra Nap felőli határán folyó áram felerősödése a felelős, ami viszont a magnetopauzánál megnövekedett napszélnyomás következménye. A Dst index vihar kezdetekor megfigyelhető átmeneti emelkedése után a vihar főfázisában, az év 312. napján -300 nT alá zuhan. Ennek oka az egyenlítői síkban mintegy 2-4 földsugár (14-30000 km) magasságban folyó ún. gyűrűáram intenzitásának megnövekedése. Innen előbb a Dst index gyors növekedése, majd egy újabb vihar (314. nap) után lassú, fokozatos emelkedés következik. Ez utóbbi szakasz a vihar visszatérési fázisa, amelynek során a gyűrűáramot alkotó részecskepopuláció lassan visszacsökken a normális szintre. A vihar első napjaiban a plazmaszféra-sűrűség értékei (kék ikszek) magasabbak a megelőző, normális szintnél. Ennek magyarázata, hogy a viharok főfázisában (még mielőtt a Dst index növekedni kezd) a magnetoszféra csóvájában olyan elektromos erőtér alakul ki, amely a csóvában lévő plazmát a befelé, a magnetoszféra mélyére hajtja, ahol többek között a gyűrűáram növekedését okozzák. A 314. napra viszont a plazmaszféra jól láthatóan kiürül. Ezért egy másik folyamat a felelős. Amikor a bolygóközi mágneses tér erővonalai déli, azaz a földi erővonalakkal éppen ellentétes irányúak, a magnetoszféra legkülső erővonalai sorra felnyílnak és átfűződnek a bolygóközi erővonalakra. A mágneses „térbe fagyott” plazma egy része az átkötődött, felnyílt erővonalakkal együtt a csóva felé sodródik, a magnetoszféra külső héjai mintegy lehámozódnak. A plazmaszféra csak lassan, mintegy 10 nap alatt, a vihar visszatérési fázisával párhuzamosan töltődik fel ismét az ionoszféra felső rétegéből a kezdeti, normális szintre. Hasonló tendencia figyelhető meg az elektronsűrűség (piros kereszt) vonatkozásában is. Az egyetlen lényeges eltérés a 311. napon, azaz a vihart megelőzően figyelhető meg. Míg később a kétféle sűrűség többé-kevésbé együtt mozog, ami arra utal, hogy az elektronok és a protonok közel azonos számban voltak jelen (hidrogén-plazma), addig itt a mintegy háromszoros plazmasűrűség (atomi tömegegységben kifejezve) nehezebb ionok (elsősorban oxigén) jelenlétére utal. A plazmaszféra VLF-hullámokkal való, nálunk régebb óta folyó monitorozása és az újabban alkalmazott ULF módszer együttes alkalmazása új lehetőségeket nyithat meg a kutatás számára. Mindenekelőtt lehetővé válik a plazmaszféra eddiginél folyamatosabb monitorozása, hiszen a whistlerek tipikusan éjszakai, az erővonalrezonanciák jellegzetesen nappali események. Az együttes kiértékelés lehetővé tenné a plazmaösszetétel becslését is. Vannak nehézségek is. A módszerek összekalibrálása ma még megoldatlan. Ehhez egyidejű mérésekre lenne szükség. További gond, hogy a nálunk észlelt whistlerek általában magasabb L-héjakon (azaz külsőbb erővonalakon) terjednek, ezért a közvetlen összehasonlítás általában nem lehetséges. A széles L-héj tartományt átfogó MM100 állomáslánc azonban e téren is megoldást hozhat.

Heilig Balázs
Eötvös Loránd Geofizikai Intézet
Tihanyi Geofizikai Obszervatórium

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Űrtudomány
Földmegfigyelés
Mikrogravitáció
Navigáció és távközlés