Иванов В.Е. Прохождение электронных и протонно-водородных пучков в атмосфере Земли. Апатиты, 2001.

Прохождение электронных и протонно-водородных пучков в атмосфере Земли Так как потоки протонов менее изучены, чем электронные, остановимся несколько подробнее на их характеристиках с целью подчеркнуть ту роль и место, которое занимают протонные пучки в общей картине корпускулярных высыпаний. Известно, что более или менее интенсивные потоки энергичных протонов различного происхождения постоянно высыпаются в атмосферу практически над всей поверхностью Земли. Уже в ранних работах /8,9,231,342/ с этими высыпаниями связывают сдвинутые в фиолетовую сторону линии атомарного водорода в спектре полярных сияний и свечении атмосферы. Развитие космической техники позволило составить достаточно полную картину о пространственном распределении и характеристиках потоков протонов, измеренных непосредственно с борта спутников и ракет. Наиболее интенсивные высыпания протонов происходят в высокоширотной области авроральных высыпаний. В работе /173/ представлены усредненные характеристики протонных потоков в высоких широтах, определенные по данным, полученным на спутниках F1 и F2 DMSP. Эта работа является наиболее полной из последних работ, посвященных морфологии протонных высыпаний, и ее результаты хорошо согласуются с результатами других работ /169,176,191,192,204,224,234/. Поэтому при описании морфологических особенностей потоков авроральных протонов будем использовать результаты работы /173/. Зона авроральных высыпаний протонов в каждом полушарии представляет собой овал шириной несколько сотен километров, локализованный обычно в пределах 60-70° широты и несколько смещенный относительно зоны электронных высыпаний (см. рис. 1.2). Расположение и размеры этого овала, а также характеристики высыпающихся потоков зависят от магнитной активности. Самые интенсивные потоки наблюдаются на дневной стороне авроральной зоны, причем максимальные значения интегрального потока, ~107протонов/см2с стер, ограничены в узкой как по широте, так и по долготе области. Эта область обычно идентифицируется как центр дневного полярного каспа. Средние энергии протонов в этой области равны 1- ЗкэВ. Вне максимума интегральный поток протонов асимметричен относительно меридиана день-ночь, причем более сильные потоки наблюдаются в предполуденные часы. В отличие от интегрального потока частиц максимум интегрального потока энергии протонов находится на ночной стороне. Наибольшие величины интегрального потока энергии наблюдаются внутри области, имеющей С-образную форму, симметричную относительно меридиана, идущего от предполуночи к предполудню. Величина максимума потока в зависимости от магнитной активности составляет от 3.3x107 кэВ/см2с стер при Кр=0 до 2.4х108 кэВ/см2с стер при Кр=6. Средняя энергия в максимуме потока сильно меняется также с ростом Кр: от »10 кэВ при Кр=0 до «24 кэВ при Кр=6. Самые высокие энергии протонов (>30 кэВ) наблюдаются на вечерней стороне авроральной зоны. Изменение средней энергии с широтой вдоль полуденно-полуночного и вечерне-утреннего меридианов для трех уровней магнитной активности показано на рис. 1.3 и 1.4, откуда видно, что средняя энергия уменьшается очень резко к экватору от максимума, ее значение падает ниже 100 эВ в пределах 1-2° широты. На широтах выше максимума средняя энергия плавно уменьшается до значений 3-5 кэВ на 77° широты. Примеры усредненных спектров авроральных протонов и их вариации в зависимости от магнитного местного времени и магнитной широты приведены на рис. 1.5. Кривые а,б,в,г соответствуют усредненным в трехградусном интервале широт дифференциальным потокам протонов для 00.00,06.00, 12.00 и 18.00 часам местного времени соответственно. Хотя все спектры приведены для Кр=3, они вполне адекватно отражают основные особенности поведения дифференциальных потоков на всех уровнях магнитной активности. Изменение активности приводит к изменению интенсивности потоков и практически не сказывается на форме спектров. Питч-угловые распределения в авроральных потоках протонов близки к изотропному. 15