Дрейфовые движения горячей плазмы во внутренней магнитосфере

• Автор: Бузулукова, Наталья Юрьевна
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1. Картина конвекции горячей плазмы во внутренней магнитосфере. Локализация положения источников

1.1 Измерения ионных спектральных провалов (ИСП) прибором

1.2 Моделирование ионных спектральных провалов

1.2.1 Трассирование положения ионных спектральных провалов на экваториальную плоскость

1.2.2 Феноменологические модели источника частиц

1.2.3 Уравнения дрейфа для экваториальных частиц

1.2.4 Модели магнитосферной конвекции

1.3 О локализации “источника” частиц: трассирование границ вы-

сыпаний, определенных по измерениям со спутника БМЭР, и адиабатической границы на экваториальную плоскость
1.4 Примеры вычисления траекторий частиц от источника до
спутника ИНТЕРБОЛ-2 для разных моделей конвекции
1.5 Расшифровка модельных спектрограмм
1.6 Сравнение модельных спектрограмм с результатами наблюдений на примере спектрограммы для орбиты 1
1.7 Два типа ионных спектральных провалов (ИСП)
1.7.1 Моделирование ИСП в ночном секторе и первый тип ИСП - зоны изолированных замкнутых траекторий .
1.7.2 Моделирование ИСП в утреннем, дневном, и вечернем секторах и второй тип ИСП - вследствие увеличенного времени дрейфа
1.8 Эволюция ИСП в спокойное время и “сигнатуры инжекций” .
1.9 Выводы к Главе
1.10 Рисунки к Главе

Глава 2. Стационарные носовые структуры протонов
2.1 Примеры наблюдения носовых структур
2.2 Статистический анализ носовых структур, наблюдаемых в
эксперименте ИОН спутника ИНТЕРБОЛ-
2.3 Механизм формирования носовых структур
2.4 Моделирование стационарных носовых структур
2.5 Результаты моделирования
2.6 Одновременное наблюдение стационарных носовых структур
спутником POLAR и спутником ИНТЕРБОЛ-
2.7 Суббуревые и стационарные носовые структуры
2.8 Выводы к Главе
2.9 Рисунки к Главе
Глава 3. Изучение эффектов поляризационного джета во внутренней магнитосфере
3.1 Существующие механизмы формирования PJ
3.2 Возможные источники частиц для генерации поляризационного джета
3.3 Простая динамическая модель эволюции плотности заряда в
полосе PJ
3.3.1 Основные уравнения модели
3.3.2 Результаты моделирования
3.4 Выводы к Главе
3.5 Рисунки к Главе
Заключение
Литература
Список иллюстраций

Введение.
Актуальность темы
Исследования процессов генерации, переноса и диссипации плазмы в магнитосфере Земли прямыми методами со спутников и ракет привели к отождествлению характерных областей в магнитосфере (плазмосфсра, плазменный слой, мантия, каспы, кольцевой ток, авроралъная зона и др.). Физические процессы, происходящие в этих областях магнитосферы привлекают внимание как экспериментаторов, так и теоретиков в течение последних тридцати лет. В связи с этим создание адекватных моделей и сравнение их с экспериментальными результатами достаточно актуально до сих пор, так как позволяет понять природу и динамику источников плазмы в магнитосфере. Такие модели необходимы для описания характерных особенностей явлений, таких, например, как суббури, высыпания частиц в ав-роральной зоне, диспергированные структуры инжекций горячей плазмы, “провалы” потока частиц в определенных диапазонах спектров и “носовые структуры” ионов в определенных секторах магнитосферы.
Наблюдения спектров ионов и электронов во внутренней магнитосфере содержат в себе информацию об электрических и магнитных полях, в которых дрейфовали частицы, об источниках горячей плазмы и их локализации. Но если магнитное поле во внутренней магнитосфере достаточно хорошо изучено, то экспериментальное определение и соответствующее модельное описание крупномасштабных электрических полей во внутренней магнитосфере Земли до настоящего времени является одной из ключевых задач физики магнитосферы.
В основных чертах явление крупномасштабной конвекции было описано, начиная с работ Данжи, 1961 г., Аксфорда и Хайнса, 1961 г. [1], [2].
Одной из проблем, возникающих при измерениях стационарных электрических полей, является наличие значительных флуктуаций, накладывающихся на постоянную составляющую поля. Другая проблема - это то, что по данным, полученным с одного космического аппарата, достаточно

стад, усредненной по большим флуктуациям. Сравнение результатов численных экспериментов с наблюдениями ИСП, формирование которых возможно только в условиях длительных интервалов стационарной конвекции, позволяют исследовать данную проблему. С этой целью были проанализированы наблюдения спектрометром ИОН в утреннем, дневном, вечернем и ночном секторах магнитосферы ИСП в спокойные периоды за 1996-1998 г.г. Как оказалось, для каждого МЬТ сектора существует определенная структура ИСП. Для моделирования и дальнейшего изучения был отобран ряд случаев, представляющих собой типичные для каждого МЬТ сектора структуры.
Ниже представлены четыре таких случая:
1) 21 ноября 1997, орбита 1864, ИТ: (10:00-12:45),
МЬТ: (13.0 - 20.6 Ь) - дневной и вечерний сектор;
2) 20, 21 мая 1997, орбита 1099, 11Т: (22:00-0:30),
МЬТ: (5.8 - 12.1 Ь) - утренний и дневной сектор;
3) 06 июля 1997, орбита 1290, ЬТ: (00:30-2:15),
МЬТ: (6.0 - 8.5 Ь) - ранний утренний сектор;
4) 01 января 1997, орбита 519, ЫТ: (4:00-4:25),
МЬТ: (1.6 — 2.1 Ь) — ночной сектор.
Рассмотрим эти примеры подробнее.
Данные спектрометра ИОН для выбранных случаев показаны на Рис. 1. Спектрограммы показаны для частиц Н+. По оси X указано мировое время, энергия ионов показана по оси У в логарифмическом масштабе, интенсивность дифференциального потока по энергии показана цветом. Зависимость питч-угла от времени также показана для каждой спектрограммы.
Белому цвету на спектрограммах соответствуют места, где интенсивность дифференциального потока ниже чем пороговое значение прибора -104частиц ■кэВ-1-см~2-с~1-ср~1. На всех 4-х примерах данных спектрометра ИОН видны четкие провалы в интенсивности ниже порогового значения. Эти провалы могут быть идентифицированы как ИСП. То, что ИСП обрываются при входе в радиационный пояс, нельзя считать достоверным, так