Научно-исследовательский астрономический институт им. В.В. Соболева Санкт-Петербургского Государственного университета Геомагнитная активность и долгопериодические вариации LOD Трофимов Дмитрий

Цель работы: оценить влияние геомагнитной активности на вращательное движение Земли Задачи работы: Статистически обосновать предположение взаимосвязанности геомагнитной активности и долгопериодических вариаций LOD Предложить гипотезу о механизме изменения кинетического момента Земли Оценить кинетический момент, сообщаемый геомагнитной бурей твердому телу Земли.

Вращение Земли и его неравномерности Три вида неравномерностей: 1. Прецессия и нутация 2. Движение полюса 3. Изменение угловой скорости вращения (продолжительности суток) Существуют достаточно точные геофизические теории для 1- ого и 2-ого видов. Изменение угловой скорости можно разделить на 1. Короткопериодические (околосуточные) 2. Сезонные 3. Долгопериодические (десятилетние) Существуют достаточно точные теории, описывающие короткопериодические и сезонные вариации Не существует никакой теории для долгопериодических вариаций LOD, достигающих 5 мс в год.

Существующие гипотезы Две группы гипотез 1. Влияние жидкого ядра Земли 2. Влияние солнечной активности Жидкое ядро Земли – преобладающая гипотеза (по аналогии с океаном и атмосферой) Два возможных механизма передачи кинетического момента 1. Электромагнитное сцепление мантии и ядра 2. Топографическое взаимодействие ядра и мантии Оба механизма пока не подтверждаются Влияние солнечной активности Впервые высказана в 50-х годах XX века Не пользуется признанием в настоящее время, однако существует большое количество статистических данных, свидетельствующих в пользу гипотезы

Статистические обоснования гипотезы о солнечной обусловленности вариаций LOD Проводились сравнения LOD с климатическими параметрами (Lambeck, Casenave, 1976), климатических параметров с солнечной активностью (Friis-Christensen, Lassen, 1991). Красная – длительность цикла солнечной активности, зеленая – среднегодовая поверхностная температура северного полушария, синяя – относительное изменение LOD.

Геомагнитное поле Геомагнитное поле создается различными источниками: 90% - внутри Земли (динамо-эффект в жидком ядре), 10% - внешние источники. Магнитное поле создает в межпланетном пространстве магнитосферу. Захваченные магнитосферой заряженные частицы солнечного ветра образуют токи в магнитосфере. Внешние источники магнитного поля – токи в магнитосфере. Внешнее магнитное поле – быстропеременное. Для описания быстрых и нерегулярных изменений магнитного поля, вызванных воздействием частиц солнечного ветра используют геомагнитные индексы.

Статистическая обработка данных Цель статистической обработки – определить наиболее согласованный с изменениями LOD геомагнитный индекс. Критерий – коэффициент корреляции. Сравнивались индексы – aa ( ), ap, kp ( ), D st ( ). Наиболее согласованным с изменениями LOD является aa индекс, коэффициент корреляции 0.68, далее следуют ap, kp и D st с 0.56, 0.54 и 0.53 соответственно.

Модель взаимодействия. Общее описание Предлагается механизм электромагнитного взаимодействия кольцевого экваториального тока и мантии Земли (по аналогии с электромагнитным сцеплением мантии и ядра) Основной принцип: воздействие силы Лоренца со стороны внешнего магнитного поля на электрические токи, индуцированные в мантии во время магнитных бурь. По сравнению с гипотезой об электромагнитном сцеплении ядра и мантии наша гипотеза внутренне не противоречива

Аналитические формулы Используя выражения для силы Лоренца, закона Ампера, уравнения диффузии и представления внешнего магнитного поля как ряда по сферическим функциям, мы получили следующее выражение для полоидального осевого момента где – проводимость мантии, r c – радиус нижней границы мантии, r e – радиус верхней границы мантии, и – коэффициенты гауссового разложения внешнего поля, и – их производные по времени