Структура и динамика тонких токовых слоев в бесстолкновительной космической плазме

• Автор: Малова, Хельми Витальевна
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 236 с. : ил.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ГЛАВА 1, ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1Л Магнитосферный хвост

1.2 Задача Харриса

1.3 Модели изотропных токовых слоев

Электродинамика и плазменные процессы в тонких токовых слоях

1.4 в магнитосфере Земли

1.5 Основные свойства тонких токовых слоев

Типы траекторий в TTC.

1.6 Квазиадиабатический характер движения

1.7 Моделирование равновесных тонких токовых слоев

1.8 Характерный масштаб TTC; вложенная структура
Новый класс равновесий токового слоя: кинетический
1.9 анизотропный тонкий токовый слой
1.10 Механизмы формирования бифурцированной структуры TTC
1.10.1 Естественное расщепление профиля плотности тока
1.10.2 Рассеяние ионов на магнитных флуктуациях
1.10.3 Электронные холловские токи вблизи «X» - линии
1.10.4 Изотропные модели бифурцированных токовых слоев
1.10.5 Бифуркации ТС в квазиадиабатической модели

1.11 Устойчивость тиринг-моды
1.12 Другие виды неустойчивостей токовых слоев
1.13 Заключение к Главе
ГЛАВА 2. РАВНОВЕСНАЯ СТРУКТУРА И ХАРАКТЕРНЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ МАСШТАБЫ ТОНКИХ ТОКОВЫХ СЛОЕВ
2.1 Основные уравнения равновесной модели TTC
2.2 Предельный случай сверхсильной анизотропии источника
2.3 Предел сверхслабой анизотропии источников
2.4 Свойство «вложенности» токовых слоев
2.5 Результаты численных расчетов
Обсуждение результатов моделирования равновесных
2.6 самосогласованных TTC
Роль диамагнитных дрейфовых токов в образовании вложенной
2.7 структуры токового слоя
Структура токового слоя в приближении сверхсильной
2.8 анизотропии
2.9 Оценка влияния электрического поля на масштаб TTC
2.10 Обсуждение результатов
2.11 Асимметричные равновесные токовые слои
2.12 Обсуждение результатов модели
2.13 Выводы к Главе
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ЗАХВАЧЕННОЙ ПЛАЗМЫ НА РАВНОВЕСНУЮ СТРУКТУРУ ТОНКИХ ТОКОВЫХ СЛОЕВ
3.1 Введение
3.2 Основы аналитической модели

3.3 Основы численной модели TTC. Метод крупных частиц
3.4 Основные результаты
3.5 Обсуждение
3.6 Заключение к Главе
ГЛАВА 4. МЕХАНИЗМЫ БИФУРКАЦИИ И «СТАРЕНИЯ» ТОНКИХ ТОКОВЫХ СЛОЕВ В ХВОСТЕ МАГНИТОСФЕРЫ ЗЕМЛИ. РОЛЬ КВАЗИЗАХВАЧЕННОЙ ПЛАЗМЫ
4.1 Введение
4.2 Основы модели
4.3 Результаты и обсуждение численных расчетов
Эволюция функций распределения в TTC с квазизахваченной
4.4 плазмой
4.5 Заключение к Главе
ГЛАВА 5. РОЛЬ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ В ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ РАВНОВЕСНЫХ ТОКОВЫХ СЛОЯХ
5.1 Введение
5.2 Основа модели TTC с изотропным электронным давлением
5.2.1 Расчет электронных токов: полузкидкостный подход
5.2.2 Численные методы решения
5.2.3 Результаты вычислений
5.2.4 Выводы: роль изотропных электронов в TTC
О влиянии анизотропии давления электронов на равновесную
5-3 1^1
структуру тонких токовых слоев
5.3.1 Введение
5.3.2 Основные уравнения для самосогласованного магнитного поля

плазмы, текущей почти вдоль магнитных силовых линий. Такие равновесные решения системы уравнений Власова-Максвелла были построены и изучены в последние два десятилетия.
Свойства очень тонких токовых слоев существенно отличаются от свойств изотропных, «харрисовских» слоев. В отличие от изотропных моделей, в которых как ионы, так и электроны являются замагниченными, динамика ионов в тонких токовых слоях - неадиабатическая. Для описания движения ионов в этом случае используется квазиадиабатическая теория, а для движения электронов - жидкостное приближение. Тонкие анизотропные токовые слои имеют иерархическую вложенную структуру с разными масштабами. Так, очень тонкий электронный слой может быть вложен в более широкий протонный токовый слой, а он, в свою очередь вложен в широкий плазменный слой. Бифурцированная, расщепленная структура тонких токовых слоев также является их отличительным свойством. На сегодняшний день предложено несколько механизмов формирования бифурцированной структуры, но истинные причины этого явления, а также степень его влияния на устойчивость токовых слоев, пока мало изучены.
Проблема устойчивости тонких токовых слоев исследуется давно. Модель Харриса с Вп = 0 оказалась неустойчивой по отношению к тиринг-возмущению, что, казалось бы, могло объяснить процессы разрушения токового слоя на ближнем к Земле крае во время суббурь и образование плазмоидов. Однако наличие в хвосте магнитосферы ненулевой нормальной компоненты магнитного поля приводит к необходимости учесть эффект электронной сжимаемости, который препятствует развитию тиринг-неустойчивости. Парадокс устойчивости токовых слоев с ненулевой нормальной компонентой магнитного поля до сих пор не решен, а привлечение огромного разнообразия плазменных неустойчивостей для объяснения суббуревых взрывных процессов пока не позволяет найти теоретическое решение данной проблемы. Исследования, положенные в основу настоящей диссертации, могут быть полезными в раскрытии механизмов, влияющих на равновесную структуру и временную эволюцию токовых слоев в магнитосфере Земли.