Отзыв ведущей организации (Энергетический баланс импульсного пересоединения)

УТВЕРЖДАЮ И» аук каров 2018 г. ОТЗЫВ ведущей организации на диссертационную работу Волконской Наталии Николаевны «Энергетический баланс импульсного пересоединениа» по специальности 01.03.03 — физика Солнца на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Актуальность исследований.

Объект и предмет исследований Диссертация Н.Н. Волконской посвящена исследованию энергетического баланса нестационарного магнитного пересоединения, которое считается ответственным за такие взрывообразные явления в космической плазме как магнитосферные суббури и солнечные вспышки. Поскольку магнитное пересоединение является одним из основных физических процессов, определяющих состояние околоземного космического пространства (т.е.

космическую погоду), для его детального изучения были реализованы специальные многоспутниковые проекты !п1егЬаП, С1пз1ег, ТНЕМ1К, ММБ и др.. Развитие теоретической базы, обеспечивающей физическую интерпретацию экспериментальных данных, полученных в результате этих проектов, является важной научной задачей, поэтому актуальность темы диссертации Н.Н. Волконской не вызывает сомнений. Цель и задачи исследований Цель работы — провести детальный анализ энергетического баланса импульсного магнитного пересоединения, Несмотря на многочисленные исследования в этой области, в проблеме энергетического баланса все еще остается нерешенные вопросы.

Дело в том, что до последнего времени основное внимание уделялось характеристикам и статистическим свойствам Нестационарных Потоков Плазмы (ВВг — Ьигз1у Ьирк йод) и изучению физических процессов в непосредственной окрестности линии пересоединения 1Х линии). Как показал еще Х. Петчек в 19б4 г., в процессе пересоединения плазма в области ВВг ускоряется до больших скоростей, порядка альфвеновской скорости. Для хвоста магнитосферы это около тысячи км/с, но ускорение происходит в относительно тонком слое — порядка нескольких земных радиусов.

Возмущения в окружающем пространстве считались малыми, и их вклад в энергетику обычно не учитывался. Однако, как показано в диссертации Н.Н. Волконской, вклад этих возмущений может быть весьма заметным. Действительно, возмущения магнитного поля в окружающем пространстве малы, но они распространяются на большую область пространства (десятки земных радиусов), и сказать заранее, какой вклад будет больше, не представляется возможным. Для этого необходимы специальные исследования, что и является главной целью рецензируемой диссертации. Научная новизна работы Проведен детальный энергетический баланс импульсного пересоединения, то есть распределения кинетической и тепловой энергии плазмы и энергии магнитного поля во всем пространстве, сначала в двумерной модели для несжимаемой и сжимаемой плазмы, а затем в трехмерной модели для несжимаемой плазмы при различных конфигурациях исходного магнитного поля.

Полученные результаты протестированы методами численного моделирования. Основное содержание работы Диссертация Н.Н. Волконской объемом 150 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 92 наименований. Диссертация содержит 16 рисунков и 9 таблиц. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы, а также основные положения, выносимые на защиту.

В 1 Главе диссертации приводятся основные положения теории пересоединения, описаны модели Свита-Паркера и Петчека, дан вывод решения о нестационарном магнитном пересоединении в случае малой скорости пересоединения. Глава 2 содержит подробное исследование энергетического баланса в простейшем случае несжимаемой плазмы. Показано, что исчезающая в процессе пересоединения магнитная энергия непосредственно переходит в кинетическую энергию ускоренных потоков, над (и под) которыми возникает область с усиленным магнитным полем. Суммарная энергия в этой области вдвое превышает кинетическую энергию струи, а в следе за разлетающимися потоками возникает область с ослабленным магнитным полем. В 3 Главе эти результаты обобщаются на трехмерный случай с конечной длиной линии пересоединения и скрещенными магнитными полями. Показано, что с увеличением асимметрии магнитных полей количество энергии в волне с усиленным магнитным полем уменьшается по сравнению с кинетической энергией ускоренной плазмы.

Глава 4 представляет собой обобщение этих результатов на случай сжимаемой плазмы в симметричном токовом слое. Проведен тщательный анализ кинетической, тепловой и магнитной энергии во всех областях — области вытекания (струи), волны сжатия и в следе. Интересно, что в следе за разлетающимися потоками температура плазмы становиться меньше того значения, которое было до пересоединения. В этой же главе приведены результаты численного моделирования, которые качественно совпадают с результатами аналитических решений. Глава 5, технически самая трудная, посвящена энергетическому балансу в сжимаемой среде в асимметричном двумерном токовом слое.

Результаты оказались аналогичными тем, что были получены в случае сжимаемой плазмы в симметричном слое (четвертая глава). Показано, что в процессе пересоединения образуются не только ускоренные потоки плазмы, но и волны сжатия, сопутствующие потокам в окружающем пространстве, причем суммарная тепловая и магнитная энергия в волне сжатия может быть даже больше кинетической и тепловой энергии струй.

Энергия, необходимая для пересоединения, черпается в основном из области следа и из магнитной энергии в области вытекания. В заключение сформулированы главные результаты и выводы работы. Они отвечают поставленным задачам исследования и соответствуют изложению диссертации. Замечания 1. Энергетический баланс импульсного пересоединения определен теоретически в рамках МГД приближения, которое в реальной плазме далеко не всегда оправдывается. Следовало бы сопоставить полученные результаты с данными космических миссий 1п1егЪаН, С!пз1ег, ТНЕМ1Б, ММЯ, чтобы верифицировать полученные результаты, в частности показать, что энергия в волне сжатия над ускоренными потоками больше, чем в ВВР.

2. В работе не даются оценки характерных величин магнитного поля и плазмы и их характерных размеров для конкретных приложений, т.е. для магнитосферы Земли и токовым слоям на Солнце. 3. Известно, что в процессе магнитного пересоединения протоны и электроны ускоряются до высоких энергий. В рамках принятого МГД приближения не рассмотрено кинетическое ускорение частиц. Степень достоверности теоретических результатов и выводов соискателя обеспечивается их сопоставлением и верификацией с результатами выполненного автором численного моделирования.

Результаты диссертационной работы были опубликованы в 7 статьях, из которых 5 входят в перечень рецензируемых научных журналов ВАК, из них 4 %еЪ оГ Яс1епсе, а также представлялись на всероссийских и международных конференциях. Результаты диссертации могут быть использованы в ИКИ РАН, ИЗМИРАН и его филиалах, ФГБУ «ИПГ», ИФЗ РАН, ПГИ РАН, НИИЯФ МГУ, и в других научно-исследовательских организациях и университетах.

Заключение по диссертационной работе Диссертационная работа Волконской Наталии Николаевны «Энергетический баланс импульсного пересоединения» выполнена на актуальную тему, обладает научной новизной и содержит решение задачи энергетического баланса, имеющей существенное значение для космической физики. По совокупности представленных в диссертации результатов, их научной и практической значимости, а также по объему личного вклада автора, данная диссертация соответствует ученой степени кандидата физико-математических наук.

Исследовательская работа соответствует критериям, установленным в н. 9 Г1оложения о присуждении ученых степеней 1утверждено постановлением Правительствароссийской Федерации от 24 сентября 2ИЗ г. № 842) для ученой степени кандидата наук, а ее автор Н.Н. Волконская заслуживает присуждения ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.03.03 — физика Солнца. Отзыв составили сотрудники ФГБ «ААНИИ» l Канд. физ.-мат. наук Доктор физ.-мат. наук, Я~ ='~-« ° ~~~ Д.А.

Сормаков Н.Ф. Благовещенская Зав. Отд. Геофизики ФГБУ «ААНИИ» + Канд. технических наук А.С. Калишин Отзыв рассмотрен и обсужден на научном семинаре отдела геофизики 11 января 2018 г. Протокол № 1, и одобрен в качестве официального отзыва ведущей организации. .