Исследование характеристик изотропных границ в магнитосфере Земли

• Автор: Багаутдинова, Гульназ Ришатовна
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 136 с. : ил.

1 Изотропные высыпания энергичных частиц (Обзор)

1.1 Движение и питч-угловое рассеяние энергичных частиц в

магнитосфере Земли

1.2 Высыпания энергичных частиц, изотропные границы

1.3 Конфигурация дневной магнитосферы и высыпания

энергичных частиц в дневной области

1.4 Особенности высыпаний энергичных частиц во время СКЛ

1.5 Постановка задачи

2 Исследование природы дневных изотропных границ

энергичных протонов

2.1 Численные расчеты областей рассеяния энергичных протонов

по магнитосферным моделям
2.2 Спутниковые данные
2.3 Статистический анализ изотропных границ энергичных
протонов и определение формы изотропной границы
2.4 Результаты
3 Исследование изотропных границ во время солнечных
электронных событий
3.1 Численные расчеты областей рассеяния энергичных
электронов.
3.2 Солнечное электронное событие в сентябре 1979 года
3.3 Солнечное электронное событие в октябре 2003 года
3.4 Результаты
4 Применение изотропных границ для диагностики
магнитосферы
4.1 Сравнение Ь21 границ и изотропной границы 30 кэВ протонов
4.2 Сравнение Ь21 и магнитного поля на геостационарной орбите

4.3 Об использовании МТ-индекса для оценки магнитного поля в
долях хвоста магнитосферы
Заключение
Литература

Общая характеристика работы
Настоящая диссертация посвящена развитию метода дистанционного зондирования магнитосферы по наблюдениям изотропных высыпаний энергичных частиц (с энергиями десятки-сотни кэВ) на низковысотных полярных спутниках. В работе проведен анализ спутниковых наблюдений и сравнение с расчетами областей нарушения адиабатичности в магнитосферных моделях, которые показали, что как в ночной, так и в дневной магнитосфере, основным механизмом формирования протяженных бесструктурных изотропных высыпаний энергичных частиц (как протонов, так и электронов) является неадиабатическое питч-угловое рассеяние частиц в областях слабого магнитного поля с большой кривизной силовых линий. Подтверждено, что положение границы области изотропных высыпаний контролируется магнитосферной конфигурацией и может быть использовано для дистанционного зондирования магнитосферы.
Актуальность проблемы. Исследование структуры крупномасштабного магнитосферного поля имеет фундаментальное значение для солнечноземной физики, поскольку магнитное поле контролирует движение энергичных частиц, динамику и распределение горячей плазмы, а также определяет целый комплекс явлений в ионосфере (высыпания частиц, электрические токи, уровень ионизации). Основная трудность такого исследования заключается в том, что магнитное поле испытывает достаточно сложные и быстрые динамические изменения, при этом существующие магнитосферные модели позволяют хорошо описывать лишь среднее состояние магнитосферы и не определяют особенностей конфигурации в конкретный момент времени.
Для повседневного наблюдения за процессами в магнитосфере и их систематического изучения перспективны измерения на малых высотах, т.к.

для протонов:
Рр = 4600-л/Ё7/В, где Ер - энергия протонов в (кэВ) и магнитное поле В в
(нТ), соответственно для электронов:
ре= 107-л/Ё7/В, где Ее - энергия электронов в (кэВ).
На рис. 2.2 представлены результаты вычисления пороговых энергий протонов (граница, где выполняется пороговое условие рассеяния или предсказываемая ИГ) на полуденном меридиане для энергичных протонов и для двух уровней активности (модель Т89, Кр=0 и Кр=5). По численным расчетам, которые показаны на рисунке, можно сделать следующие выводы:
. во-первых, энергичные протоны действительно могут рассеиваться в области минимального поля вблизи каспа;
. во-вторых, наблюдается дисперсия по энергиям - для частиц большей энергии пороговое условие будет выполняться (и соответственно частицы будут рассеиваться) на более низкой широте, при этом ширина области неадиабатического рассеяния (до пбследней замкнутой линии) на полуденном меридиане увеличивается с энергией протонов;
• в-третьих, при повышении уровня активности (от Кр=0 до Кр=5), для частиц одной жесткости (на рисунке пунктиром показаны протоны с энергией 80 кэВ), граница смещается к экватору приблизительно на 4° исправленной геомагнитной широты.
Все вышеперечисленные особенности в дальнейшем помогут нам отличить этот механизм рассеяния от других механизмов, например, от рассеяния при взаимодействии с ионно-циклотронными волнами. Для настоящей работы были выбраны следующие пороговые энергии частиц: протоны с энергией 30 и 80 кэВ, электроны - 100 кэВ, в первую очередь это связано с тем, что в настоящей работе мы используем спутниковые данные, соответствующие этим значениям (детектор МЕРЕР, каналы Р1, Р2 и Е2 соответственно) и это позволит нам в дальнейшем сравнить модельные расчеты с реальными спутниковыми данными.