Резонансные эффекты ультра-низкочастотных волновых полей в околоземном пространстве

• Автор: Пилипенко, Вячеслав Анатольевич
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 241 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Введение: РОЛЬ РЕЗОНАНСНЫХ ЭФФЕКТОВ В ПРОЦЕССАХ ВОЗБУЖДЕНИЯ, РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ УНЧ ВОЛН В ОКОЛОЗЕМНОЙ ПЛАЗМЕ
I. РЕЗОНАНСНЫЕ ЭФФЕКТЫ В ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЕ ПОЛЯ УНЧ ВОЛН И ГИДРОМАГНИТНЫЙ МОНИТОРИНГ ОКОЛОЗЕМНОЙ ПЛАЗМЫ
1.1. Резонансная трансформация МГД волн в неоднородной плазме
1.2. Численная модель магнитосферно-ионосферного альвеновского резонатора
1.3. Численно-аналитическая модель прохождения альвеновских волн через ионосферу к земной поверхности
. 1.4. Теоретические основы методов наземной гидромагнитной диагностики магнитосферной плазмы (“магнито-сейсмология”)
■ Градиентные методы
■ Поляризационные методы
■ Многокомпонентные (Е и В) методы
■ Метод годографа
1.5. Экспериментальные исследования магнитосферных резонансных эффектов на средних широтах
■ Спектральное оценивание данных градиентных измерений
■ Градиентный метод
■ Поляризационный НЮ метод
■ Модифицированный градиентный метод
■ Метод годографа восстановления распределения резонансных частот
■ Методы гидромагнитной спектроскопии
1.6. Мониторинг свойств магнитосферно-ионосферного альвеновского резонатора на низких широтах
■ Экспериментальные исследования диссипативных свойств МАР
■ Спектральные особенности МАР на низких широтах
■ Сравнение экспериментальных данных с численной моделью МАР Выводы к гл.1.
II. ИОНОСФЕРНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ УНЧ ВОЛН
2.1. Возбуждение ионосферных мод при прохождении альвеновской волны через ионосферу и искажение наземной резонансной структуры
■ Аналитические оценки возможных искажений структуры волны
■ Численно-аналитическая модель приземной структуры поля УНЧ волн
■ Влияние ионосферных искажений на методы гидромагннтной диагностики
■ Экранировка магнитосферного сигнала ионосферой
2.2. Поверхностные ионосферные моды на приэкваториальных широтах
■ Приближение тонкой ионосферы
■ Теоретические представления о распространении МГД волн вдоль ионосферы
2.3. О возможности распространения УНЧ сигналов в волноводе Земля-ионосфера
■ Волновые явления, возбуждаемые при 8БС
■ Возможные механизмы М1 и Р1 Выводы к гл
III. УНЧ ВОЛНЫ В ОБЛАСТИ ПОГРАНИЧНЫХ СЛОЕВ МАГНИТОСФЕРЫ
3.1. МГД волновод/резонатор для РсЗ УНЧ волн в области каспа
* Волновод со ступенчатым профилем
■ Сопоставление модели с результатами волновых наблюдений в каспе
3.2. Долгопериодные квазипериодические вариации Pdpy6 в области каспа - модуляция высокоширотной ионосферы альвеновскими волнами солнечного ветра
■ Глобальная пространственная структура и распространение Роруб пульсаций
■ Наблюдения долгопериодных альвеновских волн в солнечном ветре
■ Возможные физические механизмы Pdpy6 пульсаций
■ Модель наземного отклика на "волну включения" ионосферных токов
3.3. Возможные каналы передачи волновой энергии из хвоста магнитосферы в полярную ионосферу
■ Модель магнитозвукового гидромагнитного волновода в хвосте магнитосферы
■ Излучение поверхностных альвеновских волн из МГД волновода с резкой неоднородностью
■ Волновод со слабым скачком параметров
■ Численный расчет коэффициентов трансформации Выводы к гл
IV. ВОЛНОВЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ СТРУКТУРЫ В АВРОРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ
4.1. Тонкая волновая структура интенсивных токовых систем
■ Наблюдения распространения TCV и всплеска Pi 1 на сети MACCS
■ Оценка продольных токов магнитных импульсов и авроральных активизаций
■ Возможные механизмы генерации Pcl/Pil колебаний при импульсном возбуждении
■ Механизм квази-периодических осцилляций аномального сопротивления
■ Г еофизические следствия
4.2. Затухание альвеновских колебаний в авроральной области
■ Электродинамическая модель магнитосферно-ионосферного резонатора в области аврорального ускорения
■ Затухание альвеновских колебаний в магнитосферном резонаторе с AAR
■ Сравнение различных механизмов диссипации МАР на авроральных широтах
4.3. Альвеновский резонатор в авроральной верхней ионосфере
■ Отражение альвеновских волн от плазменных слоев
■ Приближение тонкого AAR слоя
■ Спектральные свойства альвеновского резонатора
■ Ионосферное затухание узких альвеновских структур
■ Сопоставление с данными наблюдений
4.4. Модуляция ускорения авроральных частиц альвеновскими волнами
■ Модуляция падения потенциала магнитосферными альвеновскими волнами
■ Возбуждение аврорального резонатора
■ Проникновение альвеновских волн к земной поверхности
■ Возможные проявления нового механизма модуляции ускорения авроральных частиц
4.5. Энергетический бюджет ускорения авроральных частиц альвеновской волной
■ Коэффициент поглощения альвеновских волн в AAR
* Сопоставление модели со спутниковыми наблюдениями Выводы к гл
V. РЕЗОНАНСНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ УНЧ ВОЛН ЧАСТИЦАМИ КОЛЬЦЕВОГО ТОКА
5.1. Низкочастотные волны и дрейфовые неустойчивости в неоднородной плазме конечного давления
5.2. Дрейфово-анизотропная неустойчивость протонов кольцевого тока
■ Наблюдения Рс5 колебаний во время магнитных бурь на спутнике СЕ08
5.3. Дрейфововая альвеновская неустойчивость, модифицированная кривизной геомагнитного поля
■ Наблюдения Рс5 волн и частиц на геостационарном спутнике.
5.4. Дрейфово-зеркальная неустойчивость в кривом магнитном поле
■ Глобальные Рс5 колебания на геостационарной орбите
5.5. Долгопериодные иррегулярные колебания в активную фазу магнитной бури
■ Магнитная буря 15.05.1997 и динамика электронного радиационного пояса и кольцевого тока
■ Глобальная динамика Р13 колебаний и высыпаний частиц во время главной фазы бури
■ Мелко-масштабная долготная структура магнитных пульсаций и высыпающихся электронов
■ Нерезонансная генерация МГД волн поперечным нестационарным током
■ Возможные механизмы генерации Р13 и Рс5 пульсаций и их роль в ускорении релятивистских электронов
5.6. Резонансное ускорение релятивистских электронов УНЧ возмущениями (“геосинхротрон”) Выводы к гл
VI. ВОЗМУЩЕНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ИОНОСФЕРЫ АНТРОПОГЕННЫМИ, АТМОСФЕРНЫМИ И ЛИТОСФЕРНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
6.1. Антропогенные и атмосферные источники
6.2. Сейсмо-электромагнитные и сейсмо-ионосферные возмущения Выводы к гл
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
■ публикации по теме диссертации
■ общий список литературы
Приложения:
1 Параметры и модели околоземной среды
2 Сети магнитных станций
между ними на различных расстояниях от резонансной силовой линии показаны на рис.1.3.3. Эти особенности поведения вертикальной магнитной компоненты хорошо согласуются с аналитическими соотношениями, получаемыми в 1.4 при условии сильного скин-эффекта. Фазовые соотношения между Еу и Вх, и значение кажущегося импеданса 2 = 8.9 1 (Г1 Ом, также хорошо согласуются с теоретическими значениями импеданса плоской волны над однородным полупространством |21 = (оцйр (рис.1.3.5).
Низкопроводящая земная кора
Рассмотрим структуру поля волны над высокоомной подстилающей поверхностью с эффективным сопротивлением р = Ю4Ом м с теми же параметрами резонансной структуры, что и в предыдущем случае. Оценки показывают, что в этом случае условие сильного скин-эффекта нарушается: к^8 = 0.4. Модельные расчеты (рис. 1.3.4) показывают, что в этом случае
вертикальная магнитная компонента становится сравнимой по величине с горизонтальной. По сравнению со случаем хорошо-проводящей земной коры, широтное распределение искажается, причем в разной степени для электрической и магнитной компонент. Широтный профиль хода фазы также искажается, например, точка «синхронизации» между Вг и Е компонентами
сдвигается на-102 км к северу. Сдвиг и искажение широтного профиля амплитуды и фазы компонент Вх и Еу приводят к искажению кажущегося импеданса 2 = рйЕу!Вх. Искажения
амплитудной и фазовой частей 2 достигает 50% от импеданса Т-С 2^ = 2.8-Ю“20м
(рис. 1.3.5). Для промежуточных геоэлектрических условий результаты расчетов можно найти в нашей работе [РШрепко е/ а1., 1998].