Диссертация (1150622), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Íàïðàâëåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýòèõâîëí îò öåíòðà ê ôëàíãàì òîêîâîãî ñëîÿ, à èõ êîíôèãóðàöèÿ çàâèñèò îò ìîäû: äëÿ èçãèáíîéìîäû âåðòèêàëüíîå ñìåùåíèå ïëàçìû ïðîèñõîäèò ÷¼òíûì îáðàçîì îòíîñèòåëüíî ïëîñêîñòèZ = 0 (ξz (z) = −ξz (z)), à äëÿ ïåðåòÿæå÷íîé ìîäû íàîáîðîò. Êðîìå òîãî, ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ (ãðóïïîâàÿ ñêîðîñòü) äëÿ ðàçíûõ ìîä òàêæå áóäåò îòëè÷àòüñÿ, åå àìïëèòóäàïðèìåðíî âäâîå áîëüøå äëÿ èçãèáíîé ìîäû.2.3.2Ðàçäåëåíèå ìîä ôëýïïèíã êîëåáàíèé ñëó÷àå, åñëè ñïóòíèê, íàáëþäàþùèé ôëýïïèíã âîëíó, íàõîäèòñÿ âáëèçè íåéòðàëüíîãî ñëîÿ,ìîäà êîëåáàíèé ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì: êîìïîíåíòà Bx ìàãíèòíîãî ïîëÿ ìåíÿåò çíàê (à çíà÷èò, ñïóòíèê ïåðåñåêàåò íåéòðàëüíûé ñëîé) â ñëó÷àå èçãèáíîé ìîäû; äëÿ ïåðåòÿæå÷íîé ìîäû çíàê Bx îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì, à âåëè÷èíà áëèçêîé êíóëþ.Ðèñ. 7: Ñõåìàòè÷åñêîå ïðåäñòàâëåíèå ïîïåðå÷íîãî âðàùåíèÿ ýëåìåíòîâ ïëàçìû âî ôëýïïèíãâîëíå âûøå è íèæå íåéòðàëüíîãî ñëîÿ.
Âåðõíÿÿ è íèæíÿÿ ñòðîêè ýòî ïåðèîäîãðàììû(àçèìóòàëüíûé óãîë â ðàäèàíàõ â çàâèñèìîñòè îò âðåìåíè) äëÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ÷åòûðåõêâàäðàíòîâ ïëîñêîñòè YZ. Ëåâàÿ è ïðàâàÿ ÷àñòè ñîîòâåòñâóþò èçãèáíîé (kink) è ïåðåòÿæå÷íîé (sausage) ìîäàì ñîîòâåòñâåííî. Ïîëîæåíèå èñòî÷íèêà (íà÷àëüíîãî âîçìóùåíèÿ) ïîêàçàíîêðàñíîé çâåçäî÷êîé, à íàïðàâëåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû - ñèíèìè ñòðåëêàìè.24Áîëüøàÿ ÷àñòü íàáëþäàâøèõñÿ ñîáûòèé áûëà èäåíòèôèöèðîâàíà êàê âîçìóùåíèÿ èçãèáíîé ìîäû ([Sergeev et al., 2006b]) ïî ñìåíå çíàêà Bx .
 òî æå âðåìÿ, ïåðåòÿæå÷íàÿ ìîäàòàêæå ñóùåñòâóåò: ê ïðèìåðó, Ïàíîâ â ñòàòüå [Panov et al., 2012] ïðåäñòàâèë ñîáûòèå, âî âðåìÿ êîòîðîãî ñïóòíèêè ìèññèè THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactionsduring Substorms), íàõîäèâøèåñÿ â öåíòðàëüíîì ïëàçìåííîì ñëîå, èçìåðèëè Bx ∼ 0, â òîâðåìÿ êàê äâà äðóãèõ, íàõîäèâøèõñÿ íà ïåðèôåðèè òîêîâîãî ñëîÿ, íàáëþäàëè âàðèàöèè Bxñ àìïëèòóäàìè, ïðåâûøàþùèìè 20 íÒ.Ðàññìîòðèì ïðîöåññ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ôëýïïèíã âîëíû â ðàìêàõ ìîäåëè äâîéíîãî ãðàäèåíòà. Ïîìèìî âåðòèêàëüíîãî ñìåùåíèÿ òîêîâîãî ñëîÿ, ýëåìåíòû ïëàçìû ó÷àñòâóþò â êâàçèêðóãîâîì äâèæåíèè â ïëîñêîñòè YZ. Äðóãèìè ñëîâàìè, îòäåëüíûå ýëåìåíòû ïëàçìû ñîâåðøàþò ïîñòåïåííî çàòóõàþùèå êîëåáàíèÿ âáëèçè ïîëîæåíèÿ ðàâíîâåñèÿ, òàêæå, êàê ïðîèñõîäèò â îáû÷íîé âîëíå íà ïîâåðõíîñòè âîäû.
Ýòè êîëåáàíèÿ îñîáî èíòåðåñíû òåì, ÷òî äëÿîäíîé è òîé æå òî÷êè íàáëþäåíèÿ íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ ýëåìåíòà ïëàçìû áóäåò ïðîòèâîïîëîæíûì äëÿ èçãèáíîé è ïåðåòÿæå÷íîé ìîä, ÷òî ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ ïîñòðîåíèÿìåõàíèçìà èõ ðàçäåëåíèÿ.Ñîãëàñíî âû÷èñëåíèÿì, âûïîëíåííûì äëÿ ëîêàëèçîâàííîãî íà÷àëüíîãî âîçìóùåíèÿ (èñòî÷íèêà) â òî÷êå (Y, Z) = (0, 0), íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ ïëàçìû ðàçëè÷íî äëÿ ðàçíûõ êâàäðàíòîâ îòíîñèòåëüíî íåéòðàëüíîãî ñëîÿ è ïîëîæåíèÿ èñòî÷íèêà (íî íàïðàâëåíèå ñîõðàíÿåòñÿ â êàæäîì îòäåëüíîì êâàäðàíòå), êàê ïîêàçàíî íà ðèñ.
(7). Èçãèáíàÿ èëè ïåðåòÿæå÷íàÿìîäû, êàê âèäíî èç ñõåìû, èìåþò ïðîòèâîïîëîæíîå íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ ýëåìåíòîâ ïëàçìû â êàæäîì êâàäðàíòå. Êðîìå òîãî, ìîäåëèðîâàíèå ïîêàçàëî, ÷òî íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿâåêòîðîâ ñìåùåíèÿ è ñêîðîñòè íå çàâèñèò îò òèïà íà÷àëüíîãî âîçìóùåíèÿ (17).Äëÿ óäîáñòâà, ìû ìîæåì ñòðîèòü çàâèñèìîñòü ôàçîâîãî óãëà âåêòîðîâ ñêîðîñòè èëè ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ïëîñêîñòè YZ îò âðåìåíè. Òàêèå ãðàôèêè (ïåðèîäîãðàììû) ïðåäñòàâëÿþòñîáîé ñåðèè íàêëîííûõ ëèíèé, ãäå êàæäàÿ ëèíèÿ ñîîòâåòñòâóåò îäíîìó ïåðèîäó âðàùåíèÿâåêòîðà Vyz , êàê ïîêàçàíî íà ðèñ.
(7).  ýòîì ñëó÷àå çíàê óãëà íàêëîíà ëèíèè îïðåäåëÿåòñÿíàïðàâëåíèåì âðàùåíèÿ ýëåìåíòà ïëàçìû: ëèíèè íàêëîíåíû âïðàâî â ñëó÷àå âðàùåíèÿ ïî÷àñîâîé ñòðåëêå, è âëåâî ïðè âðàùåíèè ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè. Òàêèì îáðàçîì, ýòè ëèíèèáóäóò íàêëîíåíû â ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû äëÿ èçãèáíîé è ïåðåòÿæå÷íîé ìîä â êàæäîéòî÷êå.
Ïîäîáíîå ïðåäñòàâëåíèå äàííûõ óïðîùàåò âûäåëåíèå ïåðèîäè÷íîñòè â ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ. Êðîìå òîãî, óãîë íàêëîíà ëèíèè ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ôóíäàìåíòàëüíûåïàðàìåòðû ìîäåëè, òàêèå êàê ÷àñòîòó äâîéíîãî ãðàäèåíòà è ñîîòâåòñòâóþùèé êâàçèïåðèîä.252.3.3ÍàáëþäåíèÿÌû ïðèâåäåì çäåñü ñîáûòèå, íàáëþäàâøååñÿ ñïóòíèêàìè THEMIS (Time History of Eventsand Macroscale Interactions during Substorms), âî âðåìÿ êîòîðîãî êîíôèãóðàöèÿ ñïóòíèêîâáûëà îïòèìàëüíà äëÿ èäåíòèôèêàöèè ôëýïïèíã âîëí è èññëåäîâàíèÿ âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ïëàçìû. Îíî íàáëþäàëîñü 5 ìàðòà 2008 ãîäà âî âðåìÿ äëèòåëüíîãî âîçìóù¼ííîãîïåðèîäà (èíäåêñ AL îñòàâàëñÿ â ïðåäåëàõ ∼ 300 − 500 íÒ).
Òðè ñïóòíèêà ñèñòåìû THEMISèç ïÿòè P 1 (ïîëîæåíèå [−16.2, 2.6, −1.6]Re GSM íà ìîìåíò âðåìåíè 1000 UT), P 2 (ïîëîæåíèå [−13.5, 2.2, −2.3]Re ) è P 4 (ïîëîæåíèå [−10.9, 2.2, −2.2]Re ) ðàñïîëàãàëèñü âáëèçè öåòðàìàãíèòîñôåðíîãî õâîñòà â êîíôèãóðàöèè áëèçêîé ê ëèíèè, âûòÿíóòîé âäîëü òîêîâîãî ñëîÿ. èíòåðâàëå âðåìåíè ìåæäó 0930 UT è 1100 UT îíè ðåãèñòðèðîâàëè ïî÷òè ñèíõðîííûå âàðèàöèè Bx êîìïîíåíòû ìàãíèòíîãî ïîëÿ (ñì. ðèñ. (8) âåðõíÿÿ ïàíåëü) ñîîòâåòñòâóþùèå ôëýïïèíã êîëåáàíèÿì. Ýòè êîëåáàíèÿ íå ìîãóò áûòü ñ óâåðåííîñòüþ îïðåäåëåíû, êàê èìåþùèåèçãèáíóþ ìîäó, òàê êàê êîìïîíåíòà Bx áûëà ïðåèìóùåñòâåííî îòðèöàòåëüíîé è ñïóòíèêèTHEMIS íå ïåðåñåêàëè íåéòðàëüíóþ ïëîñêîñòü.Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ñïóòíèêè P 3 ([−10.4, 1.1, −1.9]Re ) è P 5 ([−9.0, 3.6, −2.3]Re ) íàõîäèëèñü âåñüìà áëèçêî ê ñïóòíèêó P4, îíè íå íàáëþäàëè âàðèàöèé Bx ñèíõðîííî ñ îñòàëüíûìè(ðèñ.
8, âòîðàÿ ïàíåëü). Îäíàêî, êàê ïîêàçàíî íà ðèñóíêå ñòðåëêàìè, âàðèàöèè, ñõîæèå ñíàáëþäàåìûìè íà ñïóòíèêå P 4, ðåãèñòðèðîâàëèñü ñî ñäâèãîì ïî âðåìåíè, ÷òî ïîçâîëÿåòïðåäïîëîæèòü, ÷òî íàáëþäàåìàÿ ñòðóêòóðà äâèæåòñÿ ïî íàïðàâëåíèþ ñ âå÷åðà íà óòðî âïëàçìåííîì ñëîå. Îáîáùàÿ âûøåïåðå÷èñëåííîå, ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ñïóòíèêè THEMIS íàáëþäàëè ïðîòÿæåííîå âîëíîîáðàçíîå âîçìóùåíèå (âûòÿíóòîå â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè èñæàòîå â íàïðàâëåíèè ïîïåð¼ê õâîñòà, òî åñòü êîíôèãóðàöèÿ òîêîâîãî ñëîÿ íàïîìèíàëà æåëîá âäîëü îñè XGSM ), ðàñïðîñòðàíÿþùååñÿ ñ âå÷åðà íà óòðî (dawnward), ÷òî âïîëíå ñîîòâåòñòâóåò èçâåñòíûì ñâîéñòâàì ôëýïïèíã âîëí. Äàííàÿ êîíôèãóðàöèÿ äîïóñêàåò äàëüíåéøååèññëåäîâàíèå ñ öåëüþ îïðåäåëåíèÿ ìîäû âîçìóùåíèÿ.Âûáîð ïîäõîäÿùåé ñèñòåìû êîîðäèíàò âåñüìà âàæåí äëÿ äàëüíåéøåãî àíàëèçà.
Îíà ìîæåò áûòü ïîëó÷åíà ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà MVA (Minimal Variance Analysis), îïèñàííîãî â[Pachmann et al., 1986]. Íîâàÿ îñü X äîëæíà ëåæàòü â ïëîñêîñòè ìàãíèòíûõ ñèëîâûõ ëèíèé(ýòà ïëîñêîñòü íàêëîíåíà ïî îòíîøåíèþ ê XZ GSM âñëåäñòâèå ðàñøèðåíèÿ õâîñòà è ïðî÷èõýôôåêòîâ). Ìû âûáðàëè îäíî èç íàïðàâëåíèé ìàêñèìàëüíîé èçìåí÷èâîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ(ðàññ÷èòàííîå äëÿ âðåìåííîãî èíòåðâàëà 1010 : 17 − 1023 : 26 UT ïî äàííûì ñïóòíèêà P 2)êàê îñü Xm1 , à â êà÷åñòâå îñè Ym1 íîðìàëü ê ïëîñêîñòè âåêòîðîâ Xm1 è ZGSM .
Ìû óáåäèëèñü, ÷òî íàïðàâëåíèÿ ìàêñèìàëüíîé èçìåí÷èâîñòè äëÿ âñåõ ñïóòíèêîâ áëèçêè ê ñðåäíåìó26Ðèñ. 8: Íàáëþäåíèÿ ñïóòíèêîâ THEMIS 5 ìàðòà 2008. Ñâåðõó âíèç: âàðèàöèè Bx êîìïîíåíòû ïî äàííûì òð¼õ ðàäèàëüíî ðàçíåñ¼ííûõ ñïóòíèêîâ P1 , P2 , P4 ; âàðèàöèè Bx êîìïîíåíòûïî äàííûì àçèìóòàëüíî ðàçíåñ¼ííûõ ñïóòíèêîâ P3 and P5 ; Bz êîìïîíåíòà ìàãíèòíîãî ïîëÿ è èîííàÿ ñêîðîñòü Vx ïî äàííûì ñïóòíèêîâ P1 , P2 , P4 (äâå íèæíèå ïàíåëè). Ñòðåëêàìèïîêàçàíû ñõîäíûå ñìåù¼ííûå âàðèàöèè Bx äëÿ ñïóòíèêîâ P 5, P 4 è P 3.27íàïðàâëåíèþ Xm1 .  òî æå âðåìÿ, ýòà îñü çàìåòíî íàêëîíåíà ïî îòíîøåíèþ ê ñòàíäàðòíîéîñè X (íàïðàâëåíèå Ñîëíöå-Çåìëÿ).Çäåñü è äàëåå çàäåðæêè dT ìåæäó íàáëþäåíèåì âàðèàöèè Bx íà ðàçíûõ ñïóòíèêàõ îïðåäåëÿþòñÿ ñ ïîìîùüþ ìåòîäà êðîññ-êîððåëÿöèè.
Äëÿ ýòîãî ìû èñïîëüçóåì âàðèàöèþ #3/4(îáîçíà÷åíà íà ðèñ. 8), êîòîðàÿ âèäíà íàèáîëåå ÷¼òêî íà âñåõ ñïóòíèêàõ. Äîïîëíÿÿ ýòèäàííûå èíôîðìàöèåé î ðàññòîÿíèÿõ ìåæäó ñïóòíèêàìè â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîìïëîñêîñòè ëèíèé ìàãíèòíîãî ïîëÿ, dYm1 , ïîëó÷åííîé â íîâîé ñèñòåìå êîîðäèíàò, ìû ìîæåìóñòàíîâèòü ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ ôëýïïèíã âîëíû.Òàáëèöà 1P5 P1dY m1 , ReP5 P2P5 P4P5 P3P1 P3P2 P3P4 P3−2.27 −2.67 −2.01 −2.97−0.7−0.3−0.96dT, s426453417945519492528Vym1 , km/s−34−38−30−20−28−4−12Êàê âèäíî èç Òàáëèöû 1, ôëýïïèíã âîëíà ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â íàïðàâëåíèè óòðåííåãîôëàíãà, è àìïëèòóäà ñêîðîñòè äîâîëüíî ìàëà (äåñÿòêè êì/ñ, ÷òî òèïè÷íî äëÿ ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ôëýïïèíãà ïîïåð¼ê õâîñòà ñì., ê ïðèìåðó, [Runov et al.,2005]).
Òàêæå ìîæíîçàìåòèòü, ÷òî ñêîðîñòü óìåíüøàåòñÿ ïî ìåðå ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû â óòðåííèé ñåêòîð, òîåñòü ïðè äâèæåíèè ïðîòèâ òîêà (ñðåäíèå ñêîðîñòè ìåæäó ñïóòíèêàìè P 5 → P 1, P 5 → P 2 èP 5 → P 4 âûøå ïî ñðàâíåíèþ ñî ñêîðîñòÿìè ìåæäó P 1 → P 3, P 2 → P 3, P 3 → P 4).Òåïåðü ìîæíî ïðîàíàëèçèðîâàòü ïîâåäåíèå àçèìóòàëüíîé (Vy ) è íîðìàëüíîé (Vz ) êîìïîíåíò ñêîðîñòè ïëàçìû. Èñïîëüçóÿ ñèñòåìó êîîðäèíàò ñðåäíåãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ, ìîæíîðàññìîòðåòü íîðìàëüíûå (ïåðïåíäèêóëÿðíûå ê ñðåäíåìó íàïðàâëåíèþ B) âàðèàöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ è äâèæåíèÿ ïëàçìû, ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ èíñòðóìåíòîâ, èäåíòè÷íûõ íàâñåõ ñïóòíèêàõ THEMIS.
Çäåñü èñïîëüçóþòñÿ ìîìåíòû èîíîâ ïëàçìû, ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ êîìáèíèðîâàíèÿ äàííûõ ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî àíàëèçàòîðà (electrostatic analyser, ESA)è ñïåêòðîìåòðîâ (ñì. [Angelopolous et al., 2008]). Âåëè÷èíû ñêîðîñòè â îñíîâíîì ìàëû è çàøóìëåíû, ïîýòîìó ìû èñïîëüçóåì ñðàâíåíèå íàáëþäåíèé òð¼õ ñïóòíèêîâ (P 1, P 2 è P 4, êîòîðûå íàáëþäàþò ñèíõðîííûå êðóïíîìàñøòàáíûå âàðèàöèè Bx ôëýïïèíã òèïà), ÷òîáû áûòüóâåðåííûìè, ÷òî ìû äåéñòâèòåëüíî ôèêñèðóåì êðóïíîìàñøòàáíûå âðàùàòåëüíûå äâèæåíèÿïëàçìåííûõ òðóáîê, îòíîñÿùèåñÿ ê ôëýïïèíãó.Ïàðàìåòð, ïðåäñòàâëÿþùèé íàèáîëüøèé èíòåðåñ íà ðèñ. (9) ýòî óãîë (Ang) ìåæäó âåêòîðîì ñêîðîñòè Vyz è îñüþ ZGSM , ïîñòðîåííûé ñ âðåìåííûì ðàçðåøåíèåì â 3 ñåêóíäû.
Ýòîò28Ðèñ. 9: Âðåìåííûå âàðèàöèè àçèìóòàëüíîãî óãëà èîííîé ñêîðîñòè (Ang = arctg(Vy /Vz )) âñðàâíåíèè ñ Bx êîìïîíåíòîé ìàãíèòíîãî ïîëÿ, è àìïëèòóäû ïîïåðå÷íîé ñêîðîñòè (Vyz ) èâàðèàöèè êîìïîíåíòû Vx ïî äàííûì ñïóòíèêîâ THEMIS P1 , P2 è P4 5 ìàðòà 2008.ïàðàìåòð ïðåäñòàâëåí íà âåðõíèõ ïàíåëÿõ äëÿ êàæäîãî èç òð¼õ ñïóòíèêîâ P 1, P 2 è P 4 (òî÷êèñî ñêîðîñòÿìè Vyz < 15 êì/ñ áûëè èñêëþ÷åíû èç ðàññìîòðåíèÿ, ÷òîáû èçáàâèòüñÿ îò øóìà) ñíàëîæåííîé íà íèõ äëÿ ñðàâíåíèÿ âàðèàöèåé Bx (ñèíÿÿ ëèíèÿ). Îòäåëüíûå òî÷êè ÿâíî ãðóïïèðóþòñÿ â íàêëîííûå ëèíèè (âûäåëåííûå æåëòûì öâåòîì) äëÿ âðåìåííûõ èíòåðâàëîâ 0956 1004, 1022 1032 è 1032 1045 UT, ïðåäñòàâëÿÿ òðè ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïåðèîäà ñòàöèîíàðíîãî âðàùåíèÿ, ÷¼òêî âèäíûõ íà ñïóòíèêàõ P 1 è P 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
