Дневни магнитограми – НАО Рожен

Геомагнитни вариации и K-индекси

Графиките изобразяват в реално време вариациите на локалните компоненти на земното магнитно поле и изчислените K-индекси за територията на Националната астрономическа обсерватория (НАО) Рожен.

Трите компонента на вектора на магнитния интензитет на полето X, Y и Z, както и тоталния интензитет (абсолютната стойност) F са пресметнати в нанотесли (nT). Измерванията се правят с геомагнитен векторен магнитометър MG-01, монтиран в района на Националната астрономическа обсерватория на връх Рожен (геодезични координати: 41°41′45′′N; 24°44′21′′E; надморска височина: 1731 m). Наблюденията се извършват в непрекъснат режим, като самплиращият период на суровите данни е 1 секунда. Тези измервания са центрирани спрямо нулевата секунда за всяка минута и в последствие се филтрират чрез препоръчан от IAGA гаусов низкочестотен филтър. По този начин се получават осреднени едноминутни стойности, които са показани на графиките. Страницата се обновява на всеки 10 минути с нови данни. Времето се измерва в часове спрямо Универсалното координирано време (Universal Time Coordinated, UTC).

За удобство при оценка на амплитудата на локалните вариации в интензитета на геомагнитното поле, в международната практика е възприето изчислението на т. нар. K-индекс. Той показва съответствието, изразено в квази-логаритмична скала, между амплитудата на смущенията в хоризонталната компонента на земното магнитно поле и дадено цяло число, в диапазона от 0 до 9. При повишаване на стойността на K-индекса с една единица, амплитудата нараства приблизително два пъти. Индексът се изчислява на всеки три часа, като амплитудата се определя от разликата между най-голямата и най-малката измерени стойности в интензитета на полето за предходните три часа.

Важно при изчисляването на K-индексите е определянето на т. нар. Solar quiet (Sq) крива на несмутена слънчева вариация на геомагнитното поле. Тя показва регулярните денонощни изменения в земната магнитосфера, дължащи се на въртенето на планетата около оста си. При това въртене, на огряната от слънцето страна, в следствие на йонизацията предизвикана от слънчевата UV радиация се генерират огромни токове (10⁷ А), течащи в горните слоеве на атмосферата (т. нар. йоносфера) на височина 90 - 150 км над повърхността. Тези токове формират денонощните "нормални" вариации в магнитосферата, които не са свързани със слънчевия вятър и предизвиканите от него смущения познати като магнитни бури. Поради това, за коректното определяне на локалните K-индекси е необходимо Sq кривата да се извади от наблюдателните данни. Но тази крива е "заровена" под моментните магнитни пертурбации предизвикани от слънчевия вятър, което от своя страна води до трудности при определянето и в чист вид.

Съществуват различни подходи към решаването на този проблем. Вероятно най-коректният се състои в статистическо осредняване на данните от "спокойни" дни за даден период от годината, когато не се наблюдават забележими потоци от заредени слънчеви частици бомбардиращи земната магнитосфера. Получената средна Sq крива е с висока степен на достоверност. За съжаление, тази методика изисква солидна база от наблюдателни данни обхващащи период от поне няколко години, която все още липсва при нашите наблюдения. Ето защо ние сме възприели по-различен подход при определянето на К-индексите. За всеки тричасов период от наблюдения се изчислява регрисионна права по метода на най-малките квадрати, като едно първо приближение на реалната Sq крива и се изважда от стойностите на съответните магнитни данни. Така се получават чистите магнитосферни пертурбации, от които се определя максималната величина на смущението за дадения период. Описаната процедура се извършва независимо за X и Y компонентите на геомагнитното поле, като накрая от двете стойности се взима отново максималната. Локалния К-индекс се определя от таблицата по-долу.

Важно е да се отбележи, че описаната процедура дава една предварителна оценка на локалните K-индекси и изобразените на страницата техни стойности, макар и коректни, не би следвало да се приемат за окончателен резултат. За в бъдеще, с натрупването на наблюдаелни данни, очакваме описаният подход да се развива и прецизира.

По-голяма стойност на K-индекса съответства на по-голямо смущение в магнитното поле, като стойности 0, 1, 2, 3 означават спокойно поле и обикновенно се изобразяват в зелено. Стойност 4 означава смутено поле и се изобразява в жълт цвят, докато стойности от 5 включително и по-големи, означават магнитна буря и се изобразяват в червено.

Магнитното поле на Земята има различен интензитет за различните географски ширини. Един и същи процес (пертурбация) в магнитосферата може да се отчете с различна амплитуда за различните наблюдателни пунктове по земната повърхност, като с приближаването към магнитните полюси, амплитудата нараства. Поради тази причина, за всеки пункт съществува индивидуална таблица, показваща връзката между амплитудите на геомагнитните смущения и дадено число на индекса. Това осигурява взаимното съответствие между стойностите на K-индекса за различните магнитни обсерватории по света. За България се използва следната таблица:

В геофизичната наука е прието да се използва и т. нар. планетарен индекс или Kp-индекс. Той се получава чрез осредняване на умножените със съответни теглови коефиценти стойности за K-индекса, взети от 13 магнитни обсерватории, разположени в областта на средните географски ширини. Точността на определянето му е 1/3. Индексът се публикува ежедневно от международните геомагнитни центрове.