1). Построена модель, описывающая пространственную структуру полярных сияний фрактальной размерностью флуктуаций свечения и ее анизотропией в зависимости от направления. Фрактальная размерность оценивается из наклона в логарифмических осях спектра в диапазоне 1,5-50 км, полученного дискретным вейвлет-преобразованием флуктуаций интенсивности свечения с использованием вейвлетов Добеши 5 порядка. Вариабельность структур характеризуется наклоном спектра вариации анизотропии во времени. Получена статистика этих характеристик по данным наземной камеры всего неба Полярного геофизического института в г. Апатиты за 2013-2020 годы и на полигоне «Верхнетуломский» в 2018-2023 годы, сделана привязка по положению внутри аврорального овала и значениям геомагнитного поля в обсерватории Ловозеро. Модель позволяет улучшить описание флуктуирующей части свечения атмосферы под воздействием авроральных частиц.
2). Наземная регистрация аврорального хисса (шипения) указывает на существование в верхней ионосфере неоднородноРеализованы нейросети с использованием слоев LSTM (Long Shot-Term Memory) для прогнозирования рядов параметров солнечной (число солнечных пятен R и поток радиоизлучения на волне 10.7 см F10.7) и геомагнитной активности (Dst и ap (Kp) индексы). Число солнечных пятен R и потока радиоизлучения на волне 10.7 см F10.7 предсказывается вперед на 28 суток. Предсказывает уровни и пределы вариации значений на 28 дней. По предыстории значений параметров солнечного ветра (Bz ММП, скорость Vtot, плотность Np) и Dst за 80 часов нейросети прогнозируют следующие за ними 12 часовых значений Dst и ap. Средняя абсолютная ошибка предсказания модели составляет менее 2 %. Модели в реальном времени реализованы на сайте проекта http://aurora.pgia.ru/AI/.
3). Искусственная нейронная сеть (ИНС), построенная по принципу слоя Кохонена, использована для классификации магнитосферных суббурь по признаку длительности различных её фаз, которые приняты в качестве входных рядов для ИНС. Всего рассмотрено 106 изолированных суббурь разной интенсивности. Результатом работы ИНС явилось определение числа классов, которое лучше всего соответствует информации о длительности фаз суббри, и выделены характеристики каждого класса. В результате нейросетевых экспериментов суббури были классифицированы на пять классов: класс 1 – суббури с продолжительными фазами развития и восстановления и с укороченной фазой зарождения; класс 2 – суббури с продолжительной фазой зарождения; класс 3 – суббури с равными по длительности фазами; класс 4 – суббури с относительно продолжительной фазой развития; класс 5 – суббури с относительно короткой фазой восстановления.
4). Данные спутников серии DMSP использованы для исследования характеристик ионных и электронных высыпаний в ночном секторе авроральной зоны в магнитоспокойные периоды при экстремальных значениях динамического давления солнечного ветра (Psw). Показано, что давление ионов на границе изотропизации (ГИ) увеличивается с ростом Psw и может достигать уровня 4-6 нПа при Psw = 20-22 нПа. Широтные профили ионного давления, полученные при различных уровнях Psw, указывают на то, что увеличение Psw сопровождается расширением области ионных высыпаний и смещением ГИ в более низкие широты. Так при
5). Показано, что, если в спокойных геомагнитных условиях положение границы изотропизации (ГИ) на высотах ионосферы проецируется в экваториальной плоскости на геоцентрические расстояния в ~7-8 Re, то перед началом фазы развития суббури ГИ проецируется на расстояние ~5-6 Re. Проведены оценки широтного профиля яркости аврорального свечения в эмиссии 557.7 нм, рассчитанные по наблюдениям средней энергии и потока энергии высыпающихся электронов спутником DMSP F7.
6). Обнаружено существенное различие в идентификации границ каспа, осуществляемой автоматизированной системой обработки данных и прямым анализом спутниковых наблюдений. Показано, что при небольших отрицательных значениях Bz-компоненты ММП (Bz = –3.0 нТл) характерной чертой каспа является широтный профиль ионного давления (Pi) шириной ~1° широты с двумя максимумами, один из которых находится в экваториальной, а другой в приполюсной части каспа. При больших отрицательных значениях Bz (–6, –8 нТл) приполюсный максимум в широтном профиле Pi исчезает, остается только экваториальный максимум, уровень Pi в максимуме увеличивается, а ширина каспа уменьшается до ~0.7°. При Bz ММП > 0 наиболее характерным является профиль Pi с максимумом ионного давления в приполюсной части каспа. Касп при Bz > 0 располагается в более высоких широтах, чем при Bz < 0, его средние широтные размеры увеличиваются до ~1.4° широты. В предполуденном секторе MLT наиболее характерным для периодов с большой отрицательной By-компонентой ММП (By = –6.3 нТл, Bz = –1.7 нТл) является касп шириной ~1.4° широты с плоской вершиной в широтном профиле Pi. Сравнение наблюдаемых на низких высотах распределений давления с данными высокоапогейных спутников подтвердило возможность описания формирования каспа как диамагнитной полости и использования наблюдений в каспе для определения давления ионов в магнитослое.
7). Одновременные наблюдения спутника DMSP F16 и оптические наблюдения на арх. Шпицберген использованы для изучения полярных сияний и авроральных высыпаний в области дневного полярного каспа при северной ориентации ММП. Обнаружено, что высыпания полярного каспа связаны с областью вытекающих продольных токов, в то время как лучистая дуга сияний, зарегистрированная на приполюсной кромку каспа, располагается в области втекающего продольного тока. Спектры высыпающихся частиц, полученные спутником F16, дают основание предположить, что лучистая дуга сияний формируется продольной разностью потенциалов, возникающей вследствие резкого уменьшения потоков высыпающихся электронов к полюсу от каспа. Данные спутника F16 также показывают, что в системе координат, связанной с дугой сияния, существует значительная компонента скорости плазмы, направленная на север поперёк дуги сияния. Ускоряясь в продольном электростатическом поле, холодные электроны ионосферного происхождения формируют коллимированный электронный пучок, который быстро расплывается вдоль магнитного поля возбуждая волны в широком частотном диапазоне и формируя спектр с плато по энергии.
8). Показано, что широкополосные электростатические волны могут быть ответственны за высыпания электронов, приводящие к образованию лучевых структур в полярных сияниях. При этом лучевые структуры формируют две компоненты в энергетическом спектре электронов: основной вклад вносит пик с энергией 50-400 эВ, а дополнительный поток на энергиях в несколько десятков эВ расширяет профиль на большие высоты.
9). На спутнике Van-Allen Probe в районе экватора при пролете над областью авроральной дуги и во время диполизации магнитного поля на спутнике было зарегистрировано ускорение электронов в широком диапазоне энергий 4-80 кэВ и во всем диапазоне питч углов, включая углы внутри конуса потерь. Анализ ускоренных электронов на спутнике показал регулярное спадание их спектров с увеличением энергии, что отличается от многократно наблюдавшихся в дугах полярных сияний на малых высотах пучков электронов в диапазоне 2-10 кэВ. Таким образом, в областях дуг полярных сияний, кроме хорошо известного ускорения на высотах около 1-1.5Re, обеспечивающего существование пучков в спектрах дуги, происходило и ускорение электронов на энергиях 1-100 кэВ в экваториальной области, связанное с диполизацией магнитного поля.
10). Обнаружены события нетипичного уменьшения амплитуды горизонтального магнитного поля сигнала передатчика системы РСДН-20, расположенного в г. Краснодар, в ночное время в точках наблюдений обс. Ловозеро и Верхнетуломский практически при полном отсутствии изменений амплитуды этого сигнала в обс. Баренцбург. При этом существенных изменений амплитуды сигналов передатчиков, расположенных в г. Комсомольск-на-Амуре и Новосибирск, в точках наблюдений отмечено не было. Наблюдаемые уменьшения происходят во время серии авроральных суббурь, и увеличения Kp индекса до значений 3-5 и значениях AL индекса от -500 нТл и ниже. Получено, что наблюдаемое понижение амплитуд сигналов не может быть объяснено перекрытием радиотрасс овалом полярных сияний.
11).При помощи численного моделирования показано, что в условиях ночной ионосферы электронные высыпания с энергиями <100 кэВ не оказывают значимого эффекта на распространение СДВ сигналов в волноводе Земля – ионосфера. В условиях дневной ионосферы существование в окрестности обс. Ловозеро неоднородности, вызванной высыпаниями электронов с энергиями >200 кэВ, также оказывает слабое влияние на распространение. Наблюдаемый в эксперименте эффект ночного снижения амплитуд сигнала СДВ передатчика может быть объяснен существованием неоднородности в ионосфере, вызванной потоком электронов с энергиями >200 кэВ и масштабами неоднородности около 200 км. Увеличение размеров возмущенной области ведет к более значительным изменениям в амплитуде поля на расстоянии от источника, соответствующем удаленности обс. Баренцбург.
12). С использованием численного моделирования проанализированы траектории распространения излучений типа авроральный хисс (шипение) в ионосфере и магнитосфере Земли. Показано, что распространяясь к земной поверхности формируется совокупность волн, которая в меридиональной плоскости представляет собой два пучка, разнесенных по широте к полюсу и к экватору от силовой линии, на которой происходила генерация хисса. Полученные результаты позволяют объяснить результаты одновременных наземных наблюдений аврорального хисса в точках Ловозеро и Баренцбург, расположенных в авроральных и приполярных широтах соответственно.
13). Наземная регистрация аврорального хисса (шипения) указывает на существование в верхней ионосфере неоднородностей электронной концентрации с масштабами не более нескольких сотен метров, на которых происходит рассеяние волн в конус выхода. Неоднородности таких же масштабов отвечают и за возникновение сцинтилляций фазы GPS сигналов в высоких широтах. Наземную регистрацию хисса и GPS-сцинтилляций могли вызвать одни и те же ионосферные неоднородности, возникшие во время смещения к полюсу геомагнитной суббури. Причиной возникновения таких неоднородностей могло стать развитие токово-конвективной и (или) дрейфовой неустойчивости в ионосфере, обусловленных развитием продольных токов во время суббури.
14). Получено, что согласно наблюдениям в высоких широтах перемещающиеся потоки высыпающихся энергичных электронов выступают источником одновременно как аврорального хисса, так и наземных иррегулярных геомагнитных пульсаций.
15). Проведено численное моделирования прохождения КВ сигналов через области повышенной электронной концентрации, вызванной высыпаниями частиц энергий от 10 до 40 кэВ на высотах D и E слоев ионосферы на высоких широтах. Получены результаты, демонстрирующие влияние пространственных размеров областей высыпаний частиц на высотах D и E слоев ионосферы, а также энергии высыпающихся электронов и плотности их потока на возможности загоризонтного обнаружения и на односкачковую связь в КВ диапазоне в высоких широтах.