Диссертация (1150622), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Ýòîò óðîâåíü øóìà ñîñòàâëÿåò ∼ 30% îò óðîâíÿ ñàìîãî ñèãíàëà, ÷òîâïîëíå ñîïîñòàâèìî ñ ðåàëüíûìè äàííûìè â õâîñòå.Èññëåäîâàíèå àëãîðèòìà ïðè ñóùåñòâîâàíèè ñìåøàííîé ìîäû êîëåáàíèé ïîêàçàëî, ÷òîâ äàííîì ñëó÷àå èçãèáíàÿ ìîäà ïî áîëüøåé ÷àñòè áóäåò ïîäàâëÿòü ïåðåòÿæå÷íóþ, çà èñêëþ÷åíèåì ñëó÷àåâ ïîäàâëÿþùåãî ïðåèìóùåñòâà ñîäåðæàíèÿ ïåðåòÿæå÷íîé ìîäû â âîëíå(áîëåå 90%). Ýòîò ôàêò ëåãêî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî èçãèáíàÿ ìîäà èìååò áoëüøèå ñêîðîñòèíàðàñòàíèÿ íåóñòîé÷èâîñòè è ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû ïî ñðàâíåíèþ ñ ïåðåòÿæå÷íîé.
Äàëåå,àëãîðèòì áûë èññëåäîâàí äëÿ íå îäèíî÷íîãî èñòî÷íèêà êîëåáàíèé. Áûëî îáíàðóæåíî, ÷òîâ òàêîì ñëó÷àå âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ àëãîðèòìà çàâèñèò, â ïåðâóþ î÷åðåäü, îò ïîëîæå-12íèÿ òî÷êè íàáëþäåíèÿ îòíîñèòåëüíî èñòî÷íèêîâ: äëÿ òî÷êè íàáëþäåíèÿ, ðàñïîëîæåííîé âñòîðîíå îò ãðóïïû èñòî÷íèêîâ, ïðîáëåì íå âîçíèêàåò; åñëè æå òî÷êà íàáëþäåíèÿ íàõîäèòñÿ ìåæäó èñòî÷íèêîâ, òî äîëæíû áûòü âûïîëíåíû äâà óñëîâèÿ. Âî-ïåðâûõ, ñîîòíîøåíèåàìïëèòóä äîëæíî áûòü òàêîâûì, ÷òîáû ìîæíî áûëî âûäåëèòü ãëàâíûé èñòî÷íèê (àìïëèòóäû âòîðè÷íûõ èñòî÷íèêîâ äîëæíû ñîñòàâëÿòü ìåíåå 80% îò àìïëèòóäû îñíîâíîãî äëÿñëó÷àÿ òð¼õ èñòî÷íèêîâ, â ñëó÷àå áîëüøåãî ÷èñëà èñòî÷íèêîâ ýòî óñëîâèå áóäåò æåñò÷å).Âî-âòîðûõ, ðàññòîÿíèå ìåæäó èñòî÷íèêàìè äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íûì (ïî êðàéíåé ìåðå âíåñêîëüêî ðàç ïðåâîñõîäèòü ìàñøòàá ñàìèõ èñòî÷íèêîâ). äîïîëíåíèå, âî âòîðîé ãëàâå (ðàçäåë 2.6) ïðåäëîæåí âîçìîæíûé ñöåíàðèé ðàçâèòèÿôëýïïèíã êîëåáàíèé èç ìàëûõ ôëóêòóàöèé çà ñ÷åò êðàòêèõ ïåðèîäîâ ñóùåñòâîâàíèÿ îáðàòxíûõ ãðàäèåíòîâ ìàãíèòíîãî ïîëÿ ( ∂B·∂z∂Bz∂x< 0) â õâîñòå ìàãíèòîñôåðû. òðåòüåé ãëàâå äàííîé äèññåðòàöèè ïðåäñòàâëåíî ñòàòèñòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ñóááóðåâîé àêòèâíîñòè ïðè ñèììåòðè÷íûõ/íåñèììåòðè÷íûõ êîíôèãóðàöèÿõ ìàãíèòîñôåðû.
 êà÷åñòâå ôàêòîðîâ, îïðåäåëÿþùèõ êîíôèãóðàöèþ ìàãíèòîñôåðíîãî õâîñòà (óðîâåíü àñèììåòðèè) ìû ðàññìàòðèâàåì óãîë íàêëîíà äèïîëÿ è íàïðàâëåíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñîëíå÷íîãîâåòðà (à èìåííî óãîë íàêëîíà âåêòîðà ñêîðîñòè â ïëîñêîñòè XZ GSM). Èñïîëüçóÿ áàçó äàííûõ ïî ñóááóðÿì [Partamies et al., 2013] è äàííûå OMNI ïî ñîëíå÷íîìó âåòðó, ìû ïðîàíàëèçèðîâàëè ñòàòèñòè÷åñêóþ çàâèñèìîñòü ÷èñëà ñóááóðü îò ñêà÷êîâ ïëîòíîñòè (ñèììåòðè÷íûéïàðàìåòð) è íàïðàâëåíèÿ (íåñèììåòðè÷íûé ïàðàìåòð) ñîëíå÷íîãî âåòðà. Ïî ðåçóëüòàòàìàíàëèçà ïðîñëåæèâàåòñÿ ÷¼òêàÿ çàâèñèìîñòü ÷èñëà ñóááóðü îò ñêà÷êîâ íàïðàâëåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà è íå ïðîñëåæèâàåòñÿ òàêîâîé îò ñêà÷êîì ïëîòíîñòè. Ýòî ïîçâîëÿåò çàêëþ÷èòü,÷òî àñèììåòðè÷íûé ôàêòîð äîëæåí áûòü áîëåå ýôôåêòèâíûì, ÷åì ñèììåòðè÷íûé, ÷òî, âñâîþ î÷åðåäü, ïîäòâåðæäàåò íåîáõîäèìîñòü ó÷èòûâàòü àñèììåòðèþ êîíôèãóðàöèé õâîñòàìàãíèòîñôåðû è òîêîâîãî ñëîÿ ïðè àíàëèçå äèíàìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â ýòîé îáëàñòè.
Äîïîëíèòåëüíîå èññëåäîâàíèå âûáîðêè íà èíòåíñèâíîñòü ñóááóðü (ïî AL èíäåêñó) ïîêàçàëî, ÷òîáîëåå èíòåíñèâíûå ñóááóðè ïðîèñõîäÿò ïðè ñèììåòðè÷íîé êîíôèãóðàöèè õâîñòà ìàãíèòîñôåðû.Èñõîäÿ èç ðåçóëüòàòîâ ñòàòèñòè÷åñêîãî èññëåäîâàíèÿ, ïîëó÷åííûõ â òðåòüåé ãëàâå äàííîé äèññåðòàöèè, ñòàíîâèòñÿ î÷åâèäíûì, ÷òî ïðè èññëåäîâàíèè äèíàìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ âìàãíèòîñôåðå (â ÷àñòíîñòè ïðè ðàññìîòðåíèè çàäà÷, ïîäîáíûõ çàäà÷å î ðàñïðîñòðàíåíèèôëýïïèíã âîëí, ðàññìîòðåííîé âî âòîðîé ãëàâå) íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü àñèììåòðèþ ìàãíèòîñôåðíîé êîíôèãóðàöèè. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, ïðèâîäèò ê íåîáõîäèìîñòè ïîñòðîåíèÿ íåêîéòåîðåòè÷åñêîé ìîäåëè äëÿ èçãèáíûõ òîêîâûõ ñëî¼â, òàê êàê èñïîëüçîâàíèå ñóùåñòâóþùèõýìïèðè÷åñêèõ ìîäåëåé (ñì.
[Tsyganenko. 1995, 1996, 2013]) íå âñåãäà âîçìîæíî è/èëè óäîáíî13ïðè ðåøåíèè òåîðåòè÷åñêèõ çàäà÷ è ÷èñëåííîì ìîäåëèðîâàíèè äèíàìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. ðàçäåëàõ 4.2 è 4.3 ÷åòâåðòîé ãëàâû äèññåðòàöèè îïèñàíî ñåìåéñòâî ðåøåíèé óðàâíåíèÿ Âëàñîâà íà ñëó÷àé ñèììåòðè÷íîãî òîêîâîãî ñëîÿ, à â ðàçäåëå 4.4 ïîëó÷åííûå íà åãîîñíîâå íîâûå ðåøåíèÿ äëÿ ñëó÷àÿ ñëîÿ íåñèììåòðè÷íîãî (èçîãíóòîãî). Óðîâåíü àñèììåòðèèâ ðåøåíèè çàâèñèò îò äâóõ óïðàâëÿþùèõ ïàðàìåòðîâ, óãëà íàêëîíà äèïîëÿ è ñìåùåíèÿ òîêîâîãî ñëîÿ, çàäàâàåìûõ ïðè ìîäåëèðîâàíèè ñîâìåñòíî íà îñíîâàíèè àïðèîðíûõ äàííûõ îïîâåäåíèè òîêîâîãî ñëîÿ, ïîëó÷åííûõ ïî ìîäåëÿì Öûãàíåíêî [Tsyganenko et al., 1995, 1996,2013]. ðàçäåëå 4.5 áûëî ïðîâåäåíî ñîïîñòàâëåíèå ðåçóëüòàòîâ ïîëó÷åííîãî àñèììåòðè÷íîãîðåøåíèÿ Êàíà ñ ðåçóëüòàòàìè ýìïèðè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ (ïî ìîäåëè T96), ïóò¼ì èññëåäîâàíèÿ ïîâåäåíèÿ îáú¼ìà ñèëîâûõ òðóáîê.Âïÿòîé ãëàâå,ðàçäåëå 5.1, ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîëó÷åííîãî îáîáùåíèÿ ìîäåëè Êàíà íàíåñèììåòðè÷íûé ñëó÷àé, áûëà ðåøåíà çàäà÷à î ôëýïïèíã êîëåáàíèÿõ òîíêîé ïëàçìåííîéòðóáêè â èçîãíóòîì òîêîâîì ñëîå õâîñòà.
Õàðàêòåð âîçìóùåíèÿ è ïåðèîä êîëåáàíèé çàâèñÿò îò ôîðìû ïðîôèëÿ ïîëíîãî äàâëåíèÿ ïîïåð¼ê ñëîÿ: â ñëó÷àå, åñëè ïðîôèëü ñîäåðæèòx·ìàêñèìóì ( ∂B∂z∂Bz∂x< 0) âîçíèêàåò íåóñòîé÷èâîñòü, åñëè ïðîôèëü ñîäåðæèò ìèíèìóìx ∂Bz· ∂x > 0) êîëåáàíèÿ. Áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ñ ðîñòîì àñèììåòðèè ãëóáèíà ìèíèìóìà ïîë( ∂B∂zíîãî äàâëåíèÿ óìåíüøàåòñÿ, à ñàì ìèíèìóì ñòàíîâèòñÿ íåñèììåòðè÷íûì è ñîîòâåòñòâåííîðàñòåò ïåðèîä êîëåáàíèé (óìåíüøàåòñÿ ÷àñòîòà äâîéíîãî ãðàäèåíòà), à ñàìè êîëåáàíèÿ ñòàíîâÿòñÿ íåëèíåéíûìè.  ïðåäåëüíîì ñëó÷àå ñèëüíîé àñèììåòðèè ãëóáèíà ïîòåíöèàëüíîéÿìû îáðàùàåòñÿ â íîëü, ïåðèîä êîëåáàíèé ñòðåìèòñÿ ê áåñêîíå÷íîñòè, è ìû îæèäàåì âîçíèêíîâåíèÿ íåóñòîé÷èâîñòè âìåñòî êîëåáàíèé. ïîñëåäíåì ðàçäåëå äèññåðòàöèè (5.2) ìû ïðåäñòàâèëè êâàçèäèíàìè÷åñêîå îáîáùåíèåïîëó÷åííûõ ðåøåíèé äëÿ èçîãíóòîãî òîêîâîãî ñëîÿ, è ðàññìîòðåëè ïîâåäåíèå èíäóöèðîâàííîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ïðè ìåäëåííûõ èçìåíåíèÿõ óãëà φ, ñîîòâåòñòâóþùèõ âàðèàöèÿìóãëà íàêëîíà çåìíîãî äèïîëÿ, è ïðè áûñòðûõ åãî èçìåíåíèÿõ, ñîîòâåòñòâóþùèõ áûñòðûìâàðèàöèÿì íàïðàâëåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà.
Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, ïîëó÷àþùååñÿ â ðåçóëüòàòåâàðèàöèé φ áèïîëÿðíî (èìååò ïðîòèâîïîëîæíûå çíàêè âûøå è íèæå íåéòðàëüíîé ïëîñêîñòè). Êîãäà àáñîëþòíîå çíà÷åíèå óãëà íàêëîíà ðàñòåò,ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå âûøå íåéòðàëüíîéïëîñêîñòè ñòàíîâèòñÿ ïîëîæèòåëüíûì (òî åñòü íàïðàâëåííûì ïî òîêó), ïðè óìåíüøàþùåìñÿóãëå íàêëîíà îòðèöàòåëüíûì (íàïðàâëåííûì ïðîòèâ òîêà).Áûëî ïîëó÷åíî, ÷òî âåëè÷èíà óãëà íàêëîíà çåìíîãî äèïîëÿ îïðåäåëÿåò âçàèìíîå ðàñïîëîæåíèå öåíòðà òîêîâîãî ñëîÿ (ëèíèè ìàêñèìóìà òîêà) è ëèíèè íóëÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ.Äëÿ ìàëûõ äèïîëüíûõ óãëîâ (ìåíåå 10o ) ýòè ëèíèè ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàþò, è ñëîé çà ñ÷¼ò14ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ïðîñòî ñäâèãàåòñÿ ââåðõ-âíèç êàê öåëîå.
Äëÿ áîëüøèõ óãëîâ (áîëåå 20o )íåíóëåâîå èíäóöèðîâàííîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ïðîíèêàåò â öåíòð òîêîâîãî ñëîÿ è ìîæåòîáåñïå÷èòü óòîí÷åíèå ñëîÿ â ñëó÷àå ïîëîæèòåëüíîãî ïðîíèêàþùåãî ïîëÿ (èëè ðàçìûòèå âñëó÷àå îòðèöàòåëüíîãî). òî æå âðåìÿ, ïîëå, âîçíèêàþùåå çà ñ÷¼ò ìåäëåííûõ (ñóòî÷íûõ) âàðèàöèé äèïîëÿ îêàçûâàåòñÿ íåäîñòàòî÷íûì, ÷òîáû ïðîèçâåñòè çàìåòíûé ýôôåêò, äîñòàòî÷íàÿ âåëè÷èíà ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ìîæåò áûòü ïîëó÷åíà çà ñ÷¼ò áûñòðûõ ñêà÷êîâ íàïðàâëåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà.Òàêèì îáðàçîì, çàìåòíûé ýôôåêò íà äèíàìèêó òîêîâîãî ñëîÿ äîëæíû îêàçûâàòü áûñòðûåâàðèàöèè íàïðàâëåíèÿ ñîëíå÷íîãî âåòðà, ïðîèñõîäÿùèå â ïåðèîäû áîëüøîãî óãëà íàêëîíàäèïîëÿ (òî åñòü ñèëüíî èçîãíóòîãî òîêîâîãî ñëîÿ).  òàêèõ óñëîâèÿõ (íàêëîí äèïîëÿ ðàâåí30o , íàïðàâëåíèå ñîëíå÷íîãî âåòðà ìåíÿåòñÿ íà 4o çà äåñÿòü ìèíóò), ìîäåëü ïðåäñêàçûâàåòóòîí÷åíèå òîêîâîãî ñëîÿ (íà ðàññòîÿíèè -X∼ 10 Re ) âäâîå çà 10 ìèí, ÷òî ñîçäà¼ò â ñëîåóñëîâèÿ, áëàãîïðèÿòíûå äëÿ âîçíèêíîâåíèÿ ïåðåñîåäèíåíèÿ.152Ôëýïïèíã êîëåáàíèÿ òîêîâîãî ñëîÿ õâîñòà ìàãíèòîñôåðû2.1ÍàáëþäåíèÿÔëýïïèíã êîëåáàíèÿ ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé âåðòèêàëüíûå êîëåáàíèÿ òîêîâîãî ñëîÿ â õâîñòîâîé÷àñòè ìàãíèòîñôåðû Çåìëè.
 ñïóòíèêîâûõ íàáëþäåíèÿõ îíè èäåíòèôèöèðóþòñÿ êàê êîëåáàíèÿ Bx êîìïîíåíòû ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ïîñëå ïåðâûõ íàáëþäåíèé íà îäèíî÷íîì ñïóòíèêåIMP 1 ([Ness, 1965]) îøèáî÷íî ïðåäïîëàãàëîñü, ÷òî äàííûé âèä âîëí ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ âäîëüòîêîâîãî ñëîÿ, â íàïðàâëåíèè îñè XGSM , òî åñòü òîêîâûé ñëîé êîëåáëåòñÿ íàïîäîáèå ôëàãàíà âåòðó (÷òî è äàëî èì íàçâàíèå).
Îäíàêî æå, äåéñòâèòåëüíî îïðåäåëèòü ïðîñòðàíñòâåííûåõàðàêòåðèñòèêè ôëýïïèíã êîëåáàíèé ñòàëî âîçìîæíûì òîëüêî ïîñëå çàïóñêà ìíîãîñïóòíèêîâîé ìèññèè Cluster ([Zhang et al., 2002; Sergeev et al., 2003, 2004, 2006a; Runov et al., 2005,2006; Petrukovich et al., 2006, Shen et al., 2003]). Äàííàÿ ñèñòåìà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ÷åòûðåñïóòíèêà ñ èäåíòè÷íûìè èçìåðèòåëüíûìè ïðèáîðàìè, ïðîñòðàíñòâåííî ðàñïîëîæåííûìè âôîðìå òåòðàýäðà, ÷òî ïîçâîëÿåò ðàçðåøàòü ïðîñòðàíñòâåííûå (3D) ãðàäèåíòû èçìåðÿåìûõâåëè÷èí.Ïðèìåð èçìåðåíèé ñïóòíèêîâ Cluster ïðåäñòàâëåí íà ëåâîé ïàíåëè ðèñ.
3 ([Sergeev et al.,2004]). Êàê âèäíî, âñå ñïóòíèêè íàáëþäàþò îäèíàêîâûå âàðèàöèè Bx êîìïîíåíòû ìàãíèòíîãî ïîëÿ, ÷òî ïðè èçâåñòíîì ïîëîæåíèè ñïóòíèêîâ ïîçâîëÿåò ïî çàäåðæêàì îïðåäåëèòüíàïðàâëåíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû.Ñîãëàñíî èññëåäîâàíèÿì, ôëýïïèíã êîëåáàíèÿ íàáëþäàþòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî â öåíòðàëüíîé ÷àñòè òîêîâîãî ñëîÿ, è ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé âîëíû, ðàñïðîñòðàíÿþùèåñÿ îò ïîëóíî÷íîãîìåðèäèàíà ïî íàïðàâëåíèþ ê ôëàíãàì òîêîâîãî ñëîÿ. Ñêîðîñòü èõ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ïîðÿäêà20 − 60 êì/ñ, ÷òî íà ïîðÿäîê ìåíüøå òèïè÷íîé ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ìàãíèòîçâóêîâûõìîä â äàííîé îáëàñòè, àìïëèòóäà ïîðÿäêà 1 − 2RE , à êâàçèïåðèîä 2 − 10 ìèíóò.
Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî èñòî÷íèêîì ôëýïïèíã âîëí ÿâëÿþòñÿ ïðîöåññû, ëîêàëèçîâàííûå â öåòðå ìàãíèòîñôåðíîãî õâîñòà âûñîêîñêîðîñòíûå ïîòîêè ïëàçìû BBF (Bursty Bulk Flows). Îäíàêî,ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïîòîêè BBF èìåþò ñèììåòðèþ òèïà ïåðåòÿæå÷íîé (sausage), òî åñòüÿâëÿþòñÿ íå÷¼òíûìè ïî âåêòîðó ñìåùåíèÿ îòíîñèòåëüíî íåéòðàëüíîãî ñëîÿ, è èñõîäÿ èçñîáñòâåííîé ãåîìåòðèè, â íå êîëåáëþùåìñÿ òîêîâîì ñëîå ìîãóò âîçáóæäàòü òîëüêî êîëåáàíèÿ ïåðåòÿæå÷íîé (sausage) ìîäû.  òî æå âðåìÿ áîëüøèíñòâî íàáëþäàåìûõ ôëýïïèíãêîëåáàíèé èäåíòèôèöèðóþòñÿ êàê èçãèáíàÿ (kink) ìîäà, ÷òî ïðèâîäèò ê âûâîäó, ÷òî äëÿèíèöèàöèè ôëýïïèíã êîëåáàíèé íåîáõîäèìî, ÷òîáû òîêîâûé ñëîé óæå ðàñêà÷èâàëñÿ èëè áûëíàêëîííûì.16Ðèñ. 3: Ëåâàÿ ïàíåëü: Ïðèìåð íàáëþäåíèÿ ôëýïïèíã êîëåáàíèé, Cluster, Îêòÿáðü 20, 2001([Sergeev et al., 2004]).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
