Post on 07-Jan-2016
description
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе
МГД-возмущениямагнитосферной плазмы
УНЧ-диапазонаОлег Черемных
Алексей Парновский
Институт космических исследований, Киев, Украина
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 2
Малые возмущения:
Cheng and Chance (1986)
Исходные уравнения
0,0,0 BjB divaa
appapc
p 01
Bj
0,rot4
,rot
,,div
,11
2
2
BBjBB
BjBj
div
div
c
pppcc
pt
222
B
B
B
B
a
a
a
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 3
Уравнения малых возмущений в дипольной геометрии
штрих означает производную по Уберем БМЗ, положив p1 = 0
21
2122
2
div21
p
pppχ
ξBB
,
12
12
B
BBB
p
ss
,0div2 ξBp
,2
1
1div 22
χ
BBξ
2B
p
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 4
Уравнения малых возмущений в дипольной геометрии
Полученные точные уравнения
полностью идентичны уравнениям, полученным в баллонном приближении
,02
12
122222
2
BB
ppBB
,02
1
1222
2
BBB
B
012
BBss
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 5
Собственные моды
Cheng et al. (1993)ТАМ – это обычные торсионные колебания магнитной поверхности альфвеновского типа
Черемных и др. (2001)ПАМ – это компрессионные альфвеновские моды; зацепление – через радиальную кривизну
02
B
B0
0
четные нечетные
0
011
2div 222
B
Bχ
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 6
Гран. условия на ионосфере
Hameiri and Kivelson (1991)
Hameiri (1999)
Cheremnykh and Parnowski (2004)– Малые параметры:
a/|| ~ 10–1, /|| ~ 10–4
– Замыкание магнитосферных токов в ионосфере:
– Отсутствие возмущений в атмосфере:
Индексы:
M – в магнитосфере
b – на границе
S – на поверхности
M S S Sb bj n Σ E
��
0bn
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 7
Спектр собственных мод
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1- 1
0
1
2
3
4
R e 2
APc
L
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 8
Желобковая неустойчивость (полдень)
Цвета:Черный = частотаСиний = инкремент при ω ≠ 0Красный = инкремент при ω = 0
Желобковая мода всегда неустойчива, но при β < 0.14 ей можно пренебречь0 0.05 0.1 0.15 0.2
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
B
F +
F –
B
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 9
Желобковая неустойчивость (утро/вечер)
Цвета:Черный = частотаСиний = инкремент при ω ≠ 0Красный = инкремент при ω = 0
Значение ~ 3.3 является критическим и разделяет два разных решения
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1- 2
- 1 . 5
- 1
- 0 . 5
0
0 . 5
1
B
B
B
B
B
B B
B F
F
F
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 10
Желобковая неустойчивость (полночь)
Цвета:
Черный = частота
Синий = инкремент при ω ≠ 0
Красный = инкремент при ω = 0
При > 4 частота всегда равна нулю
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
B
B F
F
F
F
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 11
Желобковая неустойчивость
0 4 8 12 16 200
2
4
6
8
10
1 АМ (четная)
Желобковые моды (апериодические)
2 АМ (нечетная)
3 АМ (четная)
APc
L
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 12
Границы устойчивости
55.2
4
Желобковые
Баллонные
Неустойчивость
APc
L
Желобковые возмущения определяют общую МГД-
устойчивость магнитосферной плазмы
при любой конечной ионосферной проводимости
0
0div
0div
0
xfconst
~
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 13
Желобковая неустойчивость
День (высокая проводимость): DP
Ночь (низкая проводимость): NPDN
Слабая волновая активность
Утро/вечер (средняя проводимость): DN
Сильная волновая активность
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 14
AMPTE/CCE
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 15
Выводы
– Спектральная мощность магнитосферных МГД-возмущений в УНЧ диапазоне сильно зависит от интегральной проводимости ионосферы, причем немонотонно с максимумами в утреннем и вечернем секторах, что согласуется с наблюдениями на КА.
– Наряду с неустойчивостью Кельвина-Гельмгольца, представляется разумной гипотеза о генерации таких возмущений солнечным УФ терминатором в ионосфере.
08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 16
Благодарности
Мы благодарим А.В. Агапитова и С.О. Черемных за весомый вклад в представленные результаты.Мы благодарим А.С. Леоновича, В.А. Пилипенко и Д.Ю. Климушкина за ценные обсуждения.Мы благодарим руководителей проектов INTERMAGNET, AMPTE/CCE, AMPTE/IRM за открытый бесплатный доступ к данным и высокие стандарты качества данных.И, конечно, мы
Благодарим вас за внимание!