Распространение и зарядово-согласованное ускорение тяжёлых частиц в гелиосфере

• Автор: Остряков, Валерий Митрофанович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 260 с. : ил

Содержание
Введение
Г лава 1. Простейшие аналитические модели ускорения тяжёлых ионов с учётом зарядовых изменений.

1.1. Двухуровневая модель стохастического ускорения

1.2. Многоуровневая модель стохастического ускорения

1.3. Двухуровневая модель регулярного ускорения

1.4. Многоуровневая модель регулярного ускорения

Глава 2. Ион-ионные столкновения, потери энергии и ускорение тяжёлых ионов в солнечных вспышечных событиях.
2.1. Важность атомных столкновений в формировании зарядовых состояний энергичных частиц

2.2. Объяснение наблюдаемых спектров и обилия

ионов Не+ и Не2+ в межпланетном пространстве
2.3. Кулоновские потери и спектры__Не и 4Не
при их стохастическом ускорении
2.4. Кулоновские потери и спектры тяжёлых ионов
(Н, Не, С, О и Ре) при их регулярном ускорении
Глава 3. Численные зарядово-согласованные модели регулярного и стохастического ускорения тяжёлых ионов в плазме.
3.1. Зарядовые распределения Ре в импульсных событиях СКЛ
3.2. Ускорение Ре в продолжительных событиях СКЛ
3.3. Энергетические спектры и средние заряды С, О, Ие, Mg,
Бі и Ре для продолжительного события 6 ноября 1997 г
3.4. Учёт пространственных неоднородностей в зарядовосогласованной модели регулярного ускорения железа

Глава 4. Происхождение и модели ускорения аномальной компоненты (АК) космических лучей в гелиосфере.
4.1. Аномальная компонента и межпланетная пыль
4.2. Аналитическая модель ускорения АК на
фронте параллельной ударной волны
4.3. Интерпретация последних экспериментов
по многозарядным ионам АК КЛ
Г лава 5. МГ Д турбулентность и распространение тяжёлых частиц в межпланетном пространстве.
5.1. Анизотропное распространение заряженных частиц в межпланетном пространстве.
Некоторые аналитические решения
5.2. О моделировании распространения протонов от
распада нейтронов солнечного происхождения
5.3. Протоны от распада солнечных нейтронов и
возможность диагностики межпланетной среды
5.4. Распадные протоны и нелинейные
эффекты в межпланетной среде
5.5. Влияние МГД турбулентности на устойчивость тангенциального разрыва
5.6. Нелинейное взаимодействие альвеновских
волн в плазме с произвольным параметром Р
Выводы и’заключение :
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время накоплен обширный экспериментальный материал по зарядовым, энергетическим и временным характеристикам тяжёлых частиц, ускоренных в солнечных вспышках, а также в межпланетном пространстве, включая дальнюю гелиосферу. Если регистрация их энергетических спектров имеет довольно длительную историю, то первые спутниковые измерения зарядовых состояний ионов в солнечных событиях были проведены лишь в конце 70-х годов на космических аппаратах и спутниках ISEE-3 и IMPS. В августе 1997 г. был запущен новый аппарат А СЕ (Advanced Composition Explorer), данные с .которого в настоящее время привели к качественно новым представлениям о формировании зарядов тяжёлых частиц в солнечной и гелиосферной плазме. Увеличивающийся массив этих данных позволяет теперь говорить о среднем заряде ионов в отдельных солнечных событиях (без усреднения по нескольким событиям), о его зависимости от рассматриваемого интервала энергии и от временной фазы развития события, о'несим-метрии зарядовых распределений и других важных зарядовых свойствах тяжёлых частиц. Всё это даёт основание для более, уверенного моделирования ускорения и распространения ионов в среде их генерации.
Первые теоретические обсуждения экспериментальных работ по зарядовым состояниям сводились к тому, что среднему измеренному заряду приписывалась определённая температура Т плазмы источника в соответствии с локальным термодинамическим равновесием ("тепловая модель"). Эти температуры для разных элементов в одном и том же солнечном событии отличались драматическим образом (порой, на порядок величины или более), оставаясь в то же время очень близкими для одного и того же элемента в разных событиях. Интерпретация этих данных в рамках тепловой модели неизбежно требовала одновременного наличия как холодной, так и горячей плазмы в областях ускорения, откуда происходили эти частицы. Возможное про-

ГЛАВА 2. ИОН-ИОННЫЕ СТОЛКНОВЕНИЯ, ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ И УСКОРЕНИЕ ТЯЖЁЛЫХ, ИОНОВ В СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕЧНЫХ СОБЫТИЯХ
2.1. Важность атомных столкновений в формировании зарядовых состояний энергичных частиц.
Важной характеристикой солнечных частиц (СЧ), ускоренных в солнечных вспышках, является их* зарядовое состояние (ЗС), которое содержит информацию о физических условиях в области их ускорения и распространения. Долгое время считалось, что СЧ и плазма в области вспышки имеют одинаковое ЗС, определяемое температурой плазмы Т в источнике! Однако такая трактовка наталкивается на трудности. Так, например, полученная из экспериментальных данных по среднему заряду температура для разных элементов получается различной. Особенно остро стоит проблема Не+, так как среднее по большему количеству вспышек отношение Р=Не+/Не++~6% (Хо-вештадт и др., 1984) требует Т'~105К, в то время как определённые по кислороду и магнию температуры соответственно равны 2x106 К и 7x106 К (Лун, 1986). Попытки объяснить различие в ионизационных температурах разных элементов неравновесностью в распределении ионизуюгцих электронов также не дают согласованной картины (Лун, 1986). В работе Муллана и Валдро-на (1986) было предложено “согласовать” зарядовые состояния тяжёлых элементов за счёт их ионизации тепловым рентгеновским излучением. По-видимому, эта возможность маловероятна, так как, по-существу, она требует наличия нагретой плазмы (т.е. теплового рентгеновского излучения) до момента ускорения тяжёлых частиц. На наш взгляд, более естественным будет формирование ЗС солнечных частиц в процессе их ускорения и распространения.