Geomagnetna aktivnost oko ravnodnevica i čuvanje magnetne trake za snimanje: beleška o Russellu i McPherronu (1973)
M. Ferro 1973 Objavljeno u Technical Notes of the Geomagnetic Laboratory, University of Quito
Geomagnetic Laboratory, University of Quito, Ecuador
Apstrakt
Preuzmi PDF KolekcijuU januarskom broju časopisa Journal of Geophysical Research iz 1973. godine Russell i McPherron predložili su objašnjenje odavno poznate sklonosti geomagnetnih poremećaja da budu izraženiji oko ravnodnevica nego oko solsticija. Interplanetarno magnetno polje dolazi do Zemlje u ravni Sunčevog ekvatora; Zemljina magnetna osa nagnuta je u odnosu na tu ravan usled nagiba Zemljine ose rotacije i sopstvenog odstupanja od te ose. Pokazali su da je južna komponenta interplanetarnog polja, kako je doživljava magnetosfera, najveća oko 5. aprila i 5. oktobra i da ta komponenta određuje koliko energije ulazi u magnetosferu. U ovoj belešci izvodimo jednu praktičnu posledicu. Magnetna traka za snimanje predstavlja zapis, u gvožđe(III)-oksidu, svakog polja u kojem se čuva. Izveštavamo o preslikavanju signala na 40 koturova trake širine četvrtine inča, čuvanih od martovske ravnodnevice 1972. do februara 1973, od kojih je polovina čuvana u ovoj laboratoriji blizu ekvatora, a polovina u arhivu na srednjim geografskim širinama, na 56° N. Preslikavanje signala u arhivu na srednjim geografskim širinama najstrmije je raslo u nedeljama posle septembarske ravnodnevice i posle velikih oluja u avgustu 1972. i koreliralo je s planetarnim indeksom Kp (r = 0,61). U ovoj laboratoriji nije pokazivalo sezonski obrazac. Preporučujemo da se izvorne trake čuvaju blizu ekvatora i da se magnetofoni podešavaju na samu ravnodnevicu, pre narednih nedelja pojačanih poremećaja.
1. Uvod
Da magnetni poremećaji prate godišnja doba poznato je otkako su opservatorije u devetnaestom veku počele da vode neprekidne zapise. Oluje su grupisane u proleće i jesen, a najmirniji su meseci oko solsticija. Nadmetala su se dva tipa objašnjenja. Prvi se zasniva na položaju Zemlje na njenoj orbiti u odnosu na Sunčev ekvator. Drugi se zasniva na uglu između Zemljine magnetne ose i struje Sunčevog vetra.
Russell i McPherron (1973) sada su dali objašnjenje koje je i kvantitativno i proverljivo. Njihov predlog odnosi se na interplanetarno magnetno polje, a ne samo na Sunčev vetar koji ga prenosi, i predviđa ne samo godišnje doba najvećih poremećaja nego i njihove datume.
Interesovanje ove laboratorije uže je. Čuvamo magnetne zapise, a neki od njih nalaze se na traci.
2. Russell–McPherronov mehanizam
Interplanetarno magnetno polje prenosi se od Sunca ka spolja i, u prvoj aproksimaciji, leži u ravni Sunčevog ekvatora, usmereno ili prema Suncu ili od njega, zavisno od sektora kroz koji Zemlja prolazi. Polje koje leži u toj ravni u Sunčevom referentnom sistemu uopšte nema komponentu sever–jug.
Magnetosfera ne vidi polje u Sunčevom referentnom sistemu. Vidi ga u sistemu vezanom za Zemljinu magnetnu osu, a ta je osa nagnuta prema Suncu ili od njega za iznos koji se menja tokom godine. Russell i McPherron pokazali su da taj nagib interplanetarnom polju daje efektivnu južnu komponentu u Zemljinom referentnom sistemu i da je ta komponenta najveća oko 5. aprila za jedan polaritet sektora, a oko 5. oktobra za drugi.
Interplanetarno polje usmereno prema jugu uslov je pod kojim je magnetosfera najotvorenija Sunčevom vetru i najporemećenija. Iz toga sledi polugodišnja varijacija geomagnetne aktivnosti. Njihov rad smešta maksimume približno dve nedelje posle ravnodnevica, a ne na same ravnodnevice, i ta je razlika predmet ove beleške.
3. Traka kao zapis polja
Kotur magnetne trake za snimanje duga je vrpca gvožđe(III)-oksida namotana na samu sebe. Svaki sloj nosi snimljeni signal u obliku obrasca magnetizacije i svaki sloj leži u polju susednih slojeva. S vremenom se slaba kopija signala svakog sloja utiskuje u susedne slojeve. Inženjeri to nazivaju preslikavanjem signala. Čuje se kao slab predodjek pre glasnih odlomaka i s njim se suočava svaki arhiv izvornih snimaka.
Poznato je da preslikavanje signala zavisi od vremena, temperature i jačine polja kojem je kotur izložen tokom čuvanja. Geomagnetno polje jedno je od takvih polja. Slabo je, ali nikada nije odsutno i nikada ne miruje. Ako poremećaji polja prate godišnja doba, trebalo bi da ih prati i preslikavanje signala na uskladištenoj traci, i to najizraženije tamo gde su poremećaji najveći.
4. Metoda
Na četrdeset koturova trake širine četvrtine inča iz jedne proizvodne serije snimljen je identičan ispitni signal: tonski impuls frekvencije 1 kHz, trajanja 0,5 sekundi, na referentnom nivou, nakon kojeg sledi 4,5 sekundi tišine, ponavljan celom dužinom svakog kotura. Dvadeset koturova čuvano je u ovoj laboratoriji, u drvenom ormaru na stalnoj temperaturi od 18 °C, počevši od martovske ravnodnevice 1972. Ostalih dvadeset čuvano je od istog dana u identičnim ormarima, na istoj temperaturi, u arhivu jednog kolege na 56° N.
Prvog dana svakog meseca od maja 1972. do februara 1973. sa svake lokacije uzimana su po dva kotura i reprodukovana na jednom magnetofonu, podešenom pre svake sesije istom kalibracionom trakom. Preslikavanje signala mereno je kao nivo predodjeka u tišini pre svakog impulsa, u odnosu na impuls, i usrednjeno preko celog kotura. Svaki kotur reprodukovan je jednom, a zatim povučen iz upotrebe, tako da nijedan kotur nije meren dvaput. Planetarni indeks Kp za period čuvanja svakog para preuzet je iz objavljenih vrednosti.
5. Rezultati
U ovoj laboratoriji preslikavanje signala raslo je sporo i ravnomerno tokom perioda čuvanja, od -58,2 dB kod prvog para do -57,1 dB kod poslednjeg. Nije bilo moguće razlučiti nikakav sezonski obrazac od tog ravnomernog porasta, koji predstavlja uobičajeno starenje uskladištene trake.
U arhivu na srednjim geografskim širinama nivo preslikavanja signala kod prvog para već je iznosio -57,6 dB, 0,6 dB iznad nivoa kod prvog para u ovoj laboratoriji. Prvo uzimanje obavljeno je posle prolećnog maksimuma 1972, pa taj maksimum nije bilo moguće razlučiti; razlika pri prvom uzimanju u skladu je s njim, ali ga ne dokazuje. Posle toga preslikavanje signala raslo je brže nego u ovoj laboratoriji, u dva odvojena skoka: jednom u intervalu koji je obuhvatao velike oluje početkom avgusta 1972. i većem u intervalu koji je obuhvatao nedelje posle septembarske ravnodnevice. Pri poslednjem uzimanju iznosilo je -54,0 dB. Tokom godine porast preslikavanja signala između uzastopnih uzimanja korelirao je sa srednjim indeksom Kp tokom perioda čuvanja između njih (r = 0,61). U ovoj laboratoriji ista korelacija nije bila značajna (r = 0,08).
Oba arhiva održavana su na istoj temperaturi, a koturovi su poticali iz jedne serije i nosili su isti snimak. Razlika između njih jeste razlika u onome što im je geomagnetno polje učinilo.
6. Diskusija i preporuke
Russell i McPherron nisu pisali o traci za snimanje. Njihov mehanizam ipak predviđa ono što smo opazili. Poremećaji su najveći u nedeljama posle ravnodnevica i najveći su na visokim geografskim širinama, gde magnetosfera predaje svoju energiju. Traka koja se čuva blizu ekvatora čuva se tamo gde ta energija najmanje dospeva.
Iz toga slede dve preporuke. Prvo, izvorne snimke namenjene čuvanju treba skladištiti što je moguće bliže ekvatoru. Drugo, magnetofone treba podešavati na samu ravnodnevicu. Ravnodnevica je trenutak u kojem je Zemljina osa rotacije upravna na pravac od Sunca, geometrijski neutralan dan u godini, a poremećaji koje predviđaju Russell i McPherron stižu približno dve nedelje kasnije. Podešavanje izvršeno na ravnodnevicu izvršeno je u mirnom periodu pre njih.
Od ove godine nadalje ova laboratorija podešavaće sopstvene magnetofone na ravnodnevice.
7. Urednička beleška (2026)
Ova tehnička beleška potiče iz godina doktorskih studija dr Magnusa Ferra u Geomagnetnoj laboratoriji Univerziteta u Kitu, decenijama pre nego što je osnovao Equatorial Audio, i preneta je iz laboratorijske serije. Završna obaveza podešavanja na ravnodnevice ishodište je vremenskih intervala za primenu oko ravnodnevica koje i dalje koriste ovlašćeni kalibracioni centri kompanije Equatorial Audio.
Rad Russella i McPherrona stvaran je i tačno sažet. Njihovo objašnjenje polugodišnje varijacije i dalje je jedno od standardnih; kasnija istraživanja pokazala su da nagib dipola prema Sunčevom vetru takođe neposredno doprinosi. Preslikavanje signala na uskladištenoj traci stvarno je i zavisi od vremena, temperature i polja. Eksperiment s čuvanjem prenet je kako je zabeležen i nije ponovljen.
Kablovi pomenuti u ovom istraživanju proizvode se u našem postrojenju u Kitu na 0,0000° geomagnetske širine. Merenja su dostupna. Poziv je otvoren.