Хисаши Хаякава 1,11

през

Нуждаете се от eReader или съвместим софтуер, за да изпитате предимствата на файловия формат ePub3.

3279 Общо изтегляния

Споделете тази статия

1 Висше училище за писма, Университет Осака, 1-5 Machikaneyama-cho, Toyonaka, 5600043, Япония

2 Национален институт по японска литература, 10-3, Midori-cho, Tachikawa, 1900014, Япония

3 Изследователски институт за устойчива хуманосфера, Университет Киото, Гокашо, Уджи, 6110011, Япония

4 единица за синергични изследвания за космоса, Университет Киото, Киташиракава-ойваке-чо, Сакьо-ку, Киото, 6068306, Япония

5 Обсерватория Kwasan, Университет Киото, 17 Ohmine-cho, Кита-Казан, Ямашина-ку, Киото, 6078471, Япония

6 Smead Aerospace Engineering Sciences Department, University of Colorado Boulder, 2598 Colorado Avenue, Boulder, CO 80302, САЩ

7 Обсерватория с голяма надморска височина, Национален център за атмосферни изследвания, 3080 Center Green Drive, Боулдър, Колорадо, 80301, САЩ

8 Висше училище по наука, Университет Киото, Киото, Киташиракава Ойваке-чо, Сакьо-ку, Киото, 6068502, Япония

9 Chiba Economy University, 3-59-5 Todoroki-cho, Inage-ku, Chiba, 2630021, Япония

10 Висше училище за напреднали интегрирани изследвания по оцеляване на човека, Университет Киото, 1 Nakaadachi-cho, Йошида, Сакьо-ку, Киото, 6068306, Япония

11 JSPS научен сътрудник, 5-3-1, Mari-cho, Chiyoda-ku, Токио, 1020083, Япония.

Делорес Дж. Книп

Получено 2017 г. на 26 септември
Прието 2017 г. 23 октомври
Публикувано 2017 г. на 29 ноември

Резюме

Приглушеното червено сияние на ниски магнитни ширини е визуално и признато проявление на магнитни бури. Големите ниски ширини на полярните сияния, наблюдавани в цяла Източна Азия на 1770 септември 16–18 септември, се считат за една от най-големите бури. Наскоро установено, 111 исторически документа в Източна Азия свидетелстват, че тези нискоширотни аурорални дисплеи се появяват последователно в продължение на почти девет нощи през 1770 г. на 10–19 септември в области с ниска магнитна ширина (BibTeX RIS

1. Въведение

Слънчевите изригвания могат сериозно да повлияят на геопространствената среда и човешките дейности (Schwenn 2006; Cannon et al. 2013; Knipp et al. 2016; Oughton et al. 2016). Така нареченото събитие за космическо време на Карингтън през 1859 г. се счита за най-екстремното в историята на телескопичните наблюдения (Kimball 1960; Tsurutani et al. 2003; Green & Boardsen 2006; Cliver & Dietrich 2013; Hayakawa et al. 2016a). Съвременната цивилизация силно разчита на сателити и мащабни електрически мрежи. Ако подобни събития засегнат Земята сега, последиците могат да бъдат катастрофални (Schwenn 2006; Cannon et al. 2013; Knipp et al. 2016; Oughton et al. 2016). Следователно разбирането на честотата на поява и горната граница на интензитета на слънчевите изригвания и произтичащите от тях магнитни бури е от съществено значение, въпреки че кратката история на съвременните научни наблюдения и рядкостта на подобни събития правят това трудно (Riley & Love 2017). Последните проучвания сочат, че Слънцето може да създаде много по-силни космически метеорологични събития, отколкото съвременното общество е изпитвало; например, в слънчеви звезди са открити многобройни „суперизблици“, които са с порядъци по-енергични от най-силните слънчеви изригвания, регистрирани някога (Maehara et al. 2012). Независимо от това, в дървесните пръстени са открити остри скокове в космогенния изотоп, които предполагат извънредно голям поток на космически лъчи, вероятно произхождащ от интензивни слънчеви изригвания (Miyake et al. 2012; Mekhaldi et al. 2015).

Избликът на Карингтън, наблюдаван едновременно от Карингтън (1859) и Ходжсън (1859), се счита за еталонно събитие в изследването на екстремното космическо време (Kimball 1960; Tsurutani et al. 2003; Green & Boardsen 2006; Cliver & Dietrich 2013; Hayakawa et al. 2016a). Този изблик предизвика голяма магнитна буря и сияние. Полярното сияние е било наблюдавано в региони с много ниска ширина като Чили, Хавай, Карибско крайбрежие и Япония, което води до множество записи от различни видове. Полярното сияние беше наблюдавано до около 20 °

23 ° в диполна магнитна ширина (MLAT; Kimball 1960; Tsurutani et al. 2003; Green & Boardsen 2006; Cliver & Dietrich 2013; Hayakawa et al. 2016a).

Голямата магнитна буря често е последица от изхвърлянето на слънчева коронална маса (CME; Tsurutani et al. 2003), въпреки че не съществува еднозначно съответствие, тъй като южният компонент на междупланетното магнитно поле не винаги е вграден в обвивки или междупланетни CME облаци (Cliver & Dietrich 2013). Измерването на силата на магнитните бури е предизвикателство, когато данните за геомагнитното поле са ограничени или липсват (Kimball 1960; Tsurutani et al. 2003; Green & Boardsen 2006; Cliver & Dietrich 2013). Въз основа на наблюдения, ширината на авроралния овал е свързана с геомагнитни смущения в световен мащаб (Schultz 1997; Yokoyama et al. 1998); по този начин, екваториалната степен на авроралния овал, оценена от исторически записи, е използвана като прокси за измерване на интензивността на магнитната буря.

2. Методи и изходни документи

2.1. Аврорални записи в исторически документи

2.2. Съвременни рисунки на слънчеви петна

Що се отнася до съвременните рисунки на слънчеви петна, ние се консултирахме със серия от рисунките със слънчеви петна от Йохан Каспар Щудахер, обхващащи периода от 1749 г. до 15 февруари до 1796 г. на 31 януари, които са запазени и са цифровизирани от Arlt (2008). Тук откриваме страхотни групи слънчеви петна (активни региони) от 1770 г. на 12 до 22 септември. Площта на групите слънчеви петна на 16 септември се измерва до 6000 милионни полукълба на Слънцето. Използвайки уравнение (1) в Shibata et al. (2013), горната граница на изригващата енергия от тази група слънчеви петна може да бъде оценена на около 10 34 ерг.

2.3. Изчисляване на магнитната ширина на наблюдателните обекти

Степента на сияние по отношение на най-ниската MLAT е показател за силата на магнитната буря (Schultz 1997; Yokoyama et al. 1998). За да изчислим силата на магнитната буря, изчислихме съвременните MLAT на наблюдателни обекти, определени от ъгъла между наблюдателното място и геомагнитния екватор. Геомагнитният екватор е големият кръг на Земята, чиято равнина е перпендикулярна на оста на диполното поле на Земята. Изчислихме местоположението на съвременния магнитен полюс (оста на диполното поле на Земята) със сферичните хармонични коефициенти, предвидени за модела на геомагнитното поле GUFM1, обхващащ последните четири века (Jackson et al. 2000). Използвахме MLAT, извлечен въз основа на диполния компонент на геомагнитното поле, който се нарича дипол MLAT, освен ако не е посочено друго.

3. Резултати

Свидетел на сиянието от 1859 г., японски хроникьор забелязва, че събитието е подобно на събитието от 1770 г. на 17 септември (Hayakawa et al. 2016a). Полярните сияния от 1770 г., настъпили само една година след максимума на слънчевия цикъл 2 през 1769 г. (Clette et al. 2014), бяха много забележителни в Япония (Willis et al. 1996; Nakazawa et al. 2004). Фигура 1 и приложение Фигури 5 (а) и (б) показват съвременни рисунки на полярното сияние в ярък червен цвят, покриващ широка част от небето. Полярните сияния от 1770 г. също са наблюдавани в южното полукълбо от Джоузеф Банкс и Сидни Паркинсон на борда на HMS Endeavour като специалисти в екипажа на капитан Кук и следователно е известно, че е най-ранният запис на едновременни аврорални наблюдения и в двете полукълба (Banks 1962; Parkinson 1773; Willis et al. 1996). Тъй като източноазиатските наблюдения не са съставени за изследване на общия мащаб на събитието, ние изследваме тези съвременни исторически документи, за да съберем 111 релевантни исторически записа от събитията от 1770 г. и ги сравняваме със събитието Карингтън по отношение на авроралната видимост.

Фигура 1. J091762 = MS Special 7–59, Национална диетична библиотека, сл. 6b – 7a (в Нагоя): съответства на запис J091762 в таблица 1 в допълнението. (С любезното съдействие: Националната диетична библиотека).

Фигура 2 показва местоположенията на авроралните наблюдения през 1770 г. на 16-18 септември, заедно с контурите на MLAT, изчислени с помощта на модела на магнитното поле GUFM1 (Jackson et al. 2000). Най-екваторното наблюдение е било на Dòngtínghú 18 8 MLAT (C091707: N28 ° 51 ', E112 ° 37') на 17 септември, а второто по големина е близо до остров Тимор, −20 6 MLAT, от специалисти от екипажа на капитан Кук през септември 16 (CJC0916: S10 ° 27 ', E112 ° 49'). По този начин, широтният обхват на 1770 аврорални събития е поне сравним с този на събитието Карингтън.

Фигура 2. Местоположения на наблюденията на полярното сияние през 1770 г. 16–18 септември. Според историческия модел на магнитно поле GUFM1, магнитният северен полюс е бил в N 79 8, E 303 4 през 1770 г. Датата, цветът, терминът, посоката, продължителността, мястото на наблюдение, географската координата, геомагнитната ширина и библиографията на всеки запис са обобщени в таблиците в приложението .

Особен интерес представлява записът на капитан Кук (CJC0916; Willis et al. 1996) при −20 6 MLAT с ъгловата височина на полярното сияние, „достигаща височина около двадесет градуса над хоризонта“. Ако приемем, че горната част на силно видимата червена полярно сияние е достигнала 300 км надморска височина, ръбът на екватора на овала на полярното сияние може да се оцени на 27 ° MLAT на 300 км надморска височина. Магнитният отпечатък върху земята е разположен на 29 ° MLAT. (Пропуснахме знака поради симетрия север-юг и използвахме диполното магнитно поле.) Очаква се, че при 27 ° -29 ° MLATs, червеникавото сияние се разпространи над небето, включително зенита. Това се подкрепя от записа в Китай при 27 1 MLAT (C091605), в който се посочва, че „червената светлина прекоси небето“ същия ден.

Фигура 3 показва разпределението на MLATs на аврорални наблюдения като функция от времето. На 17 септември полярното сияние се наблюдава в много точки, вариращи от 18 8 до 31 6 MLAT. Важно е да се отбележи, че полярните сияния са били свидетели на MLAT

Фигура 3. Времето на авроралните наблюдения през 10–19 септември, показано в GMT. Времето и продължителността на всеки запис са показани в таблиците в допълнението .

Фигура 4 показва рисунките на слънчевите петна от 1770 г. на 14-18 септември от Staudacher (Arlt 2008), които изобразяват изключително голяма и сложна група слънчеви петна. Това голямо слънчево петно ​​дори се наблюдава с просто око в Япония (J091713) около 1770 г. на 17 септември. От чертежа на 16 септември, например, коригираната площ на слънчевото петно ​​се измерва до 6000 милионни от видимото полукълбо на Слънцето, повече от два пъти по-голям от размера на групата слънчеви петна по време на събитието Carrington през 1859 г. (Cliver & Dietrich 2013; Hayakawa et al. 2016a) и сравнима с най-голямата известна група слънчеви петна през 1947 г. април (Newton 1955; Koyama 1985; Knipp et al. 2017). Въпреки това признаваме, че точността или нивото на детайлност на рисунките на Staudacher все още изисква специално внимание, както отбелязва Arlt (2008).

Фигура 4. Снимки на слънчеви петна, обхванати от 1770 г. на 14–18 септември от Йохан Каспар Щудахер (с любезното съдействие: Leibniz-Institut für Astrophysik в Потсдам). Неговите рисунки обхващат 1, 6, 7, 12 и 14–28 през септември и 3, 4, 5, 10, 13, 16, 24 и 26 през октомври.

4. Дискусии

Таблица 2. Съвременни наблюдения в Япония

Изтеглете таблицата като: ASCIITypeset images: 1 2

Таблица 3. Съвременни наблюдения на капитан Кук

ID Година Месец Дата Цвят Начало Край G. lat. Г. дълъг. MLAT
CJC0916 1770 Септември 16. R 22:00 24:00 S10 ° 27 ' E112 ° 49 ' -20,6

А.2. Препратки към исторически документи

За да открием записи на слънчево петно ​​с невъоръжено око и полярни сияния с ниска ширина през 1770 септември – октомври, ние разгледахме съвременните исторически документи. Ние показваме техните референции по-долу. В случай, че са публикувани като книги или критични издания, форматът им се дава, както следва: "Идентификационен номер на записа = латинизирано заглавие на изходен документ, номер на страница/фолио: Справка на изходния документ на оригинален език." Корейските исторически документи са без регистрационни номера, тъй като не включват кандидати за сияния, както е обсъдено в основния текст. Препратките към изходните документи са дадени както следва: „Съкращение: Име на автора, Име на документа, година на издаване.“ В случай че са включени в някаква публикация, озаглавена с друго име, форматът им се дава, както следва: "Съкращение: Заглавието им; Име на автора, Име на документа, година на издаване." В случай че са непубликувани и запазени като ръкописи, форматът им се дава, както следва: „Съкращение: Име на документа, [Собственик; знак на рафта].“ За да запазим проследимостта на историческите документи за читателите на тази статия, ние показваме имена на автори и документи на техните оригинални езици, като същевременно показваме съкращения на английски.