Тепловые ионы полярной ионосферы и магнитосферы : измерения и моделирование

• Автор: Зинин, Леонид Викторович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 263 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Теоретические и экспериментальные исследования инжекции ионосферных ионов в магнитосферу (обзор)
1.1. Стационарные и нестационарные модели полярного ветра
1.2. Экспериментальные исследования восходящих потоков ионосферных ионов
Глава 2. Теория масс - спектрометрических измерений тепловой плазмы на космических аппаратах
2.1 Моделирование спутниковых измерений функций распределения и макропараметров тепловой плазмы
2.2 Моделирование измерений энерго - угловыми масс - спектрометрами
2.2.1 Прибор ДИКСИОН
2.2.2 Прибор ГИПЕРБОЛОИД
2.3 Влияние температурной анизотропии и потенциала спутника
Глава 3. Моделирование пространственного распределения электрического поля вокруг космических аппаратов
3.1 Моделирование распределения электрического поля вблизи космических аппаратов для сильно разреженной плазмы
3.1.1. Численная схема и многосеточный алгоритм решения
3.1.2 Адаптация вычислительного алгоритма для спутника Авроральный зонд
3.1.3 Результаты модельных расчетов электрического поля вокруг спутника Авроральный зонд
3.2 Модель ленгмюровского слоя вблизи космического аппарата простой формы
3.2.1 Геометрия модели
3.2.2 Гидродинамический подход. Кинетический алгоритм
3.2.3 Метод крупных частиц (PIC метод)
3.2.4 Результаты численного моделирования
3.2.5 Влияние магнитного поля
Глава 4. Моделирование нестационарных процессов в тепловой плазме полярной магнитосферы
4.1. Нестационарная гидродинамическая модель тепловой плазмы TUBE7
4.1.1 Система уравнений модели
4.1.2. Геометрия модели
4.1.3 Нейтральная атмосфера и скорость ионизации
4.1.4. Химические реакции
4.1.5 Силы трения
4.1.6. Коэффициенты теплопроводности, скорости нагрева и
охлаждения
4.1.7 Вычислительные алгоритмы. Скорость нейтрального ветра
4.1.8. Вычислительные алгоритмы. Температуры заряженных частиц
4.1.9 Вычислительные алгоритмы. Концентрации и скорости ионов
4.2 Моделирование нестационарных процессов в тепловой плазме полярной магнитосферы
4.2.1 Влияние начальных условий на режим истечения тепловой плазмы и характерные времена установления
4.2.2 Моделирование движений тепловой плазмы при электронном разогреве
4.2.3 Моделирование быстрых конвективных движений («поляризационного джета»)
Глава 5. Экспериментальные измерения ионов Н+ и 0+ в полярной ионосфере и магнитосфере
5.1. Измерения тепловых ионов 0+ на высотах до 2 ООО км со спутника Ореол
5.2. Наблюдение полярного ветра на ночной стороне полярной шапки на высотах 2-3 RE по измерениям спутника Интербол

Заключение
Список литературы

потоков получить не удается. С другой стороны, целый ряд авроральных явлений должен приводить к тем или иным эффектам выноса тяжелых ионов ионосферной плазмы вверх (Horwitz, 1982 [108], Moore, 1984 [176], Hultqvist, 1985 [119]). Поэтому в последние годы появились работы, в которых делается попытка расширить стационарную теорию полярного ветра, включить в нее ряд новых эффектов.
Так, Moore, 1980 [175] исследовал возможность увеличения потока истекающих ионов 0+ при наличии ускорения ионов (параллельного или перпендикулярного) на высотах ниже 1000 км. По расчетам Мура к существенному росту концентраций и потоков ионов 0+ на больших высотах может привести продольные либо поперечное ускорение, сообщающее иону 0+ энергию > 0.1 эВ и > 0.2 эВ соответственно. По утверждению Мура, основным препятствием для истечения ионов 0+ является, наряду с гравитационным барьером, так называемый "барьер реакции перезарядки" 0+ + Н <-» О + Н4, приводящий к значительному уменьшению концентрации ионов 0+ на больших высотах. Однако, с современной точки зрения это утверждение не является столь категоричным. Как было показано, в том числе и в наших работах, в нестационарных условиях другие механизмы формирования восходящих потоков 0+ не менее значимы.
В работах Barakat and Schunk, 1983 [23], Barakat and Schunk, 1984 [21], стационарная квазикинетическая модель полярного ветра, использовалась для моделирования полярного ветра в присутствии сильно нагретого электронного газа (Те « 10000°К) или существования горячей электронной компоненты. В первом, далеком от реальности стационарном случае, поток ионов 0+ может достигать существенной ~ 107см'2 с-1 величины. Однако очевидно, что в реальной магнитосфере столь значительный нагрев - явление нестационарное (например, кратковременно над яркими формами полярных сияний), поэтому описанный стационарный механизм фактически не может реализоваться. Более реальной является ситуация, где наряду с обычной фоновой электронной