Transcript 地球磁場與磁層

輔仁大學 太空物理
(Space Physics)
Chapter 3
The Geomagnetic Field and Magnetosphere
(地球磁場與磁層)
3.1 The Earth’s magnetic field
3.2 The Magnetosphere
3.3 Magnetic variation and index
北地理磁極位置變化
南地理磁極位置變化
地磁倒轉
0-5 million years ago
0-160 million years ago(MA)
http://ourworld.compuserve.com/homepages/dp5/magnet.htm
地理北
地磁北
D：磁偏角
.I.：磁傾角
The South Atlantic Anomaly (SAA) is located within the region between 10-40°S
and between 280-360°E.
USGS figure
台灣的磁場特徵(25.0 °N,121.5°E)
Total Intensity (F): 45008.8 nT
磁偏角 (D): -3.879o
磁傾角 (I): 36.218o
Dipole magnetic field
θ: co-latitude
USGS figure
Field line equation (I)
In spherical coordinate,
At tangent point,
Combine Earth’s magnetic field,
Field line equation (II)
Integral (5.06),
At magnetic equator,
Let r=L x req
運動方程式

u
t
(equations
 

 J  B   p  g
of motion)
重新整理可得
當等號右式為零時
對於磁層邊界：
其中
帶電粒子在地球磁場中的運動方式
地磁指數
•
•
•
•
K index
Kp index, A index
AE index
Dst index
K index (K 指數)
Observatory
Geographic
Geomagnetic
#
Code
Name
Location
Active
Lat.
Long.
Lat.* Long.*
1
LER
Lerwick
Scotland
1932-actual
60°08'
358°49'
62.0° 89.2°
1000
2
MEA
Meanook
Canada
1932-actual
54°37'
246°40'
61.7° 305.7°
1500
3
SIT
Sitka
Alaska (US)
1932-actual
57°03'
224°40'
60.4° 279.8°
1000
4
ESK
Eskdalemuir
Scotland
1932-actual
55°19'
356°48'
57.9° 83.9°
750
LOV
Lovö
Sweden
1954-2004
59°21'
17°50'
57.9° 106.5°
600
UPS
Uppsala
Sweden
2004-actual
59°54'
17°21'
58.5° 106.4°
600
AGN
Agincourt
Canada
1932-1969
43°47'
280°44'
54.1° 350.5° 600
OTT
Ottawa
Canada
1969-actual
45°24'
284°27'
55.8° 355.0°
750
RSV
Rude Skov
Denmark
1932-1984
55°51'
12°27'
55.5° 99.4°
600
BFE
Brorfelde
Denmark
1984-actual
55°37'
11°40'
55.4° 98.6°
600
ABN
Abinger
England
1932-1957
51°11'
359°37'
53.4° 84.5°
500
HAD
Hartland
England
1957-actual
50°58'
355°31'
54.0° 80.2°
500
WNG
Wingst
Germany
1938-actual
53°45'
9°04'
54.1° 95.1°
500
WIT
Witteveen
Netherland
1932-1988
52°49'
6°40'
53.7° 92.3°
500
NGK
Niemegk
Germany
1988-actual
52°04'
12°41'
51.9° 97.7°
500
CLH
Cheltenham
USA
1932-1957
38°42'
283°12'
49.1° 353.8°
500
FRD
Fredericksburg USA
1957-actual
38°12'
282°38'
48.6° 353.1°
500
TOO
Toolangi
Australia
1972-1981
-37°32' 145°28'
-45.6° 223.0°
500
CNB
Canberra
Australia
1981-actual
-35°18' 149°00'
-42.9° 226.8°
450
AML
Amberley
New Zealand
1932-1978
-43°09' 172°43'
-46.9° 254.1°
500
EYR
Eyrewell
New Zealand
1978-actual
-43°25' 172°21'
-47.2° 253.8°
500
5
6
7
8
9
10
11
12
13
K=9 (nT)
•
•
•
•
•
13個高緯測站觀測資料
每三個小時觀測一次數值
以各觀測站之歷史觀測為標準化
依據
分0-9 10個等級 每個等級間格
為類指數型變化
同個K值在不同觀測站有不同之
變化量
http://www-app3.gfz-potsdam.de/kp_index/description.html
表5-1 K index(K)與地磁變化幅度(R, nT)之關係(Niemegk, 52°04’N, 12°40’E)
K= 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
R=
5
10
20
40
70
120
200
330
500
Kp index ( p=planetary)
為了避免K index造成使用者的混淆，因此又發展出Kp index。在這個
指數中，將各個觀測站所觀測到的地磁擾動程度重新劃分成00, 0+, 1-,
10, 1+, …, 9-, 90一共28個等級，但這個指數最主要仍只針對高緯度地
區。
A & ap index
K 和 Kp index 都是以類指數型態表示，在數值加總時並不十分方便，
因此透過轉換得將 K 和 Kp index 轉呈線性型態，稱為 A、ap index。
將一日8個 ap index 作加總，所得之數值即為本日之 Ap index
K、A 轉換表
K=
A=
0
0
1
3
2
7
3
15
4
27
5
48
6
80
7
140
8
240
9
400
Kp、ap 轉換表
Kp
0o
0+
1-
1+
1o
2-
2o
2+
3-
3o
3+
4-
4o
4+
ap
0
2
3
4
5
6
7
9
12
15
18
22
27
32
Kp
5-
5o
5+
6-
6o
6+
7-
7o
7+
8-
8o
8+
9-
9o
ap
39
48
56
67
80
94
111 13
2
154 17
9
20
7
236 30
0
40
0
http://www-app3.gfz-potsdam.de/kp_index/apdescription.html
AE index (Auroral Electrojet)
 位於北極區之13個觀測站
 量測每天地球磁場中的H分量在經度上的變化，用以表示極
區電噴流的大小
 將各個測站所量測到的數值重疊在一起之後，所得到的上邊
界稱之為AU；下邊界則為AL
 AU代表了東向電噴流的大小，AL代表西向電噴流的大小
 AE = AU – AL
 AO = (AU + AL) /2
IAGA
Geographic Coord.
Geomagnetic Coord.
Code
ABK
Lat.(°N)
68.36
Long.(°E)
18.82
Lat.(°N)
66.04
Long.(°E)
115.08
Dixon Island
DIK
73.55
80.57
63.02
161.57
Cape Chelyuskin
CCS
77.72
104.28
66.26
176.46
Tixie Bay
TIK
71.58
129.00
60.44
191.41
Cape Wellen
CWE
66.17
190.17
61.79
237.10
Barrow
BRW
71.30
203.25
68.54
241.15
College
CMO
64.87
212.17
64.63
256.52
Yellowknife
YKC
62.40
245.60
69.00
292.80
Fort Churchill
FCC
58.80
265.90
68.70
322.77
Poste-de-la-Baleine
PBQ
55.27
282.22
66.58
347.36
Narsarsuaq (Narssarssuaq)
Leirvogur
NAQ
LRV
61.20
64.18
314.16
338.30
71.21
70.22
36.79
71.04
Observatory
Abisko
http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/aedir/ae2/AETABLE1.html
Dst index
(Disturbance storm time Index)
Super storms
Intense storms
Dst < -200 nT
-200 nT < Dst < -100 nT
Moderate storms
Weak storms
-100 nT < Dst < -50 nT
-50 nT < Dst < -30 nT