Исследование динамики токового слоя хвоста магнитосферы

• Автор: Сормаков, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 103 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение
Глава 1. Современные представления о динамичных среднемасштабньтх магнитных
структурах в магнитосфере
1.1 Магнитное пересоединение, быстрые струйные течения (BBF) и связанные с ними явления
1.1.1 Магнитное пересоединение
1.1.2 Быстрые струйные течения (BBF)
1.1.3. Магнитные канаты и плазмоиды (FR)
1.1.4 Области сжатого магнитного поля (TCR)
1.1.5 События переноса магнитного потока (NFTE)
1.2 Среднемасштабные колебания токового слоя (ф-волны)
1.2.1 Спутниковые исследования ф-волн
1.2.2 Интерпретация ф-волн
1.3. Постановка задач исследования

Глава 2. Экспериментальное исследование среднемасштабных структур в токовом слое хвоста магнитосферы
2.1 Статистическое исследование быстрых пересечений токового слоя по данным спутника Geotail
2.1.1 Пространственное распределение, связь со струйными течениями
2.1.2 Геометрия и параметры ф-волн
2.1.3 Связь с магнитной активностью
2.1.4 Особенности ф-волн в окрестности области пересоединения
2.2 Оценка точности метода MVA и анализ утро-вечер асимметрии ф-волн по данным системы Cluster
2.3 Исследование геометрии и вариаций плазменных параметров ф-волн по данным
системы Themis
2.3.1 Подтверждение геометрии ф-волн

2.3.2 Вариации плазменных параметров в ф-волнах
2.4 Выделение колебания токового слоя в численном МГД моделировании
2.5 Исследование топологии магнитных канатов
Заключение
Список литературы

Введение
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Земная магнитосфера образуется вследствие взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли. При этом образуется каплеобразная вытянутая вдоль линии Солнце-Земля магнитная структура со сложным внутренним строением и динамикой. Одним из основных процессов, отвечающих за состояние магнитосферы, является магнитное пересоединение. При межпланетном магнитном поле с южной компонентой антипараллельном магнитному полю земного диполя, в дневной части магнитосферы происходит процесс пересоединения плазменных трубок с последующим переносом трубок на ночную сторону, где плазменные трубки вновь пересоединяются, что в итоге приводит к циркуляции магнитосферной плазмы и увеличению геомагнитной активности на Земле. Ключевой областью является тонкий токовый слой в хвосте магнитосферы, где происходят процессы ответственные за накопление и последующее взрывное преобразование накопленной магнитной энергии в кинетическую энергию частиц. Переход энергии магнитного поля в энергию частиц сопровождается микромасштабными процессами в плазме, развивающимися при магнитном пересоединении в токовом слое и кинетическими по природе, с малыми пространственными размерами порядка гирорадиуса ионов и длительностью в несколько секунд. Данные процессы управляют среднемасштабными явлениями, пространственный размер которых составляет порядка нескольких Re (радиусов Земли), а по времени они занимают несколько минут, такие процессы уже возможно моделировать в рамках описания магнитной гидродинамики (МГД). Наиболее важными из среднемасштабных процессов являются струйные высокоскоростные потоки (BBF, bursty bulk flows), отвечающие за перенос плазменных трубок в хвосте магнитосферы, а также плазмоиды, магнитные канаты и ряд других структур являющихся продуктами нестационарного магнитного пересоединения. Одним из важнейших для динамики токового слоя среднемасштабным явлением являются также колебания токового слоя хвоста магнитосферы (flapping motions), которые создают наиболее сильные вариации магнитного поля и ниже называются ф-волнами. Исследовать подобные явления по данным одиночных спутников крайне сложно, поэтому сведения о среднемасштабных структурах вплоть до последнего времени были крайне скудны и противоречивы. Соответственно, изучение физических характеристик среднемасштабных плазменных структур в возмущенной магнитосфере являлось и до сих пор является

вероятность выделения действительного сигнала на фоне шума). Во-вторых, для выбора теоретической модели важным является установление различий в свойствах структур движущихся вдоль и против тока в магнитосферном токовом слое (т. е движущихся на вечернюю и утреннюю стороны, соответственно). Эти вопросы затронуты в разделах 2.1 и
2.2. В-третьих, в силу отсутствия соответствующих литературных данных для нас важной являлась попытка выделения ф-волн в результатах численного глобального МГД моделирования, поскольку в этом случае можно было бы попытаться установить характер связи ф-волн со струйными потоками плазмы (раздел 2.4).
В заключительном разделе 2.5 рассмотрен стоящий несколько особняком вопрос о топологии структур типа магнитных канатов, где с использованием измерений потоков энергичных электронов установлено несоответствие реальной топологии этих структур общепринятых схемам, и сделано заключение, что структуры типа магнитных канатов являются «открытыми» плазменными трубками, образованными импульсным пересоединением. Этот вопрос важен с точки зрения развития общей классификации среднемасштабных структур.