Математические модели токовых слоев в магнитосферных хвостах планет

• Автор: Васько, Иван Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 171 с. : ил.

Пользуюсь возможностью выразить свою благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. В.Ю. Попову за поддержку во время работы над диссертацией. Автор глубоко признателен академику Л.М. Зеленому и к.ф.-м.н. A.B. Артемьеву за постановку задач и обсуждения. Автор признателен всем соавторам статей, результаты которых легли в основу диссертации, за совместную работу: Петрукович A.A., Малова Х.В., Nakamura R., Zhang Т.L.

Оглавление
Введение

1 1 Межпланетная среда

1 2 Типы планетарных магнитосфер

1 3 Магнитосфера Земли

13 1 Морфология магнитосферы

13 2 Магнитосферный хвост и токовый слой

1 4 Магнитосфера Юпитера

1 5 Магнитосфера Нептуна
1 б Магнитосфера Венеры
16 1 Морфология магнитосферы
16 2 Магнитосферный хвост и токовый слой
1 7 Модели токовых слоев
17 1 Кинетический подход к описанию плазменных равновесий
17 2 МГД подход к описанию плазменных равновесий
17 3 Модели плоских токовых слоев
17 4 Модели осесимметричных токовых слоев
1 8 Общая характеристика диссертации
Глава 1.
Двумерные кинетические модели осесимметричных и плоских токовых слоев
2 1 Модели осесимметричных токовых слоев
2 11 Уравнение на векторный потенциал
2 12 Групповой анализ уравнения
2 13 Функции распределения частиц
2 14 Инвариантные решения
2 2 Модели плоских ТС
2 2 1 Уравнение на векторный потенциал
Оглавление

2 2 2 Групповой анализ уравнения
2 2 3 Функции распределения частиц
2 2 4 Инвариантные решения
2 3 Обсуждение результатов
Глава
Модель ускорения заряженных частиц в магнитосферном хвосте Нептуна.
3 1 Механизмы ускорения частиц
3 2 Модель топологической перестройки магнитосферного хвоста
3 2 1 Модель магнитного поля
3 2 2 Модель электрического поля
3 3 Теоретические оценки
3 3 1 Оценка максимальной энергии
3 3 2 Зависимость средней по спектру энергии от времени перестройки
3 4 Моделирование процесса ускорения
3 4 1 Постановка численного эксперимента
3 4 2 Результаты численного моделирования
3 5 Обсуждение результатов
3 5 1 Сравнение с наблюдениями аппарата Voyager-2
3 5 2 Обсуждение модели магнитного и электрического полей
Глава
Модель электростатического потенциала в наклонных токовых слоях
4 1 Горизонтальный и наклонный токовые слои
4 2 Экспериментальные данные
4 2 1 Данные аппарата Cluster
4 2 2 Методы анализа данных
4 3 Пример пересечения наклонного токового слоя
4 4 Статистическое исследование наклонных ТС
4 4 1 Магнитное поле и плазменные параметры
4 4 2 Метод восстановления электростатического поля поляризации
4 4 3 Структура электростатического поля поляризации
4 5 Результаты экспериментального исследования
4 6 Теоретическая модель наклонного ТС
Введение

Bs/B„
-3-2-10

-5-4-3-2-1 0 1 2 3 4 5 0

Рис. 1.8: (а) Модель Харриса, (б) Модель TTC (параметры модели 6 = 1, ktr = 1). (в) Модель цилиндрического токового слоя (параметры модели го = L = 1)
Bx(-z) = -Bx(z), Вг = const и полагается, что Bz <£; Во. Электроны считаются замагничен-ными, вклад электронов в ток вычисляется из уравнений МГД [209]. Ограничимся описанием модели, которая была разработана в работе [177]. В данной модели электроны рассматриваются в качестве холодного фона, который не переносит ток. Ионы не замагничены и переносят ток на разомкнутых (спайсеровских) траекториях [183]. Ионы рассматриваются в рамках кинетического подхода. При условии Bz <С Во движение ионов имеет следующий характер [54]: ион быстро колеблется в направлении перпендикулярном к нейтральной плоскости и медленно смещается вдоль нейтральной плоскости ТС. Разделение движений на быстрое и медленное позволяет ввести приближенный интеграл движения - квазиадиабатический инвариант [54]
который лишь незначительно варьируется вдоль траектории частицы (вариации составляют ~ В г! Во). Функция распределения ионов на границе ТС выбирается в виде сдвинутого Максвелловского распределения [177]
где ь\, Vі. - скорости частицы вдоль и поперек магнитного поля, Ут - тепловая скорость частиц. Таким образом, на границе ТС задается поток частиц со скоростью у о- Используя интеграл энергии и квазиадиабатический инвариант, функция распределения может быть найдена по теореме Лиувилля в любой точке ТС [177]