Автореферат (1150723), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Проведенная проверкаформулы W’06, позволяет с большей уверенностью применять ее в дальнейшихэкспериментальныхисследованиях.Проведенноевработеисследованиехарактеристик магнитного поля в области проекций протонных изотропных границуказывает на необходимость дальнейшего изучения процессов ускорения и7рассеяния частиц в ночной магнитосфере, приводящих к формированию высыпанийчастиц в области их изотропных границ.Степень достоверности результатовПри экспериментальном исследовании характеристик НСТ в области егоостановки сравнение результатов двух различных подходов для расчета объемаплазменных трубок показало хорошее согласие между ними (до фактора ~1.4);ранее подобный вывод был получен при опробовании формулы W’06 наконфигурациях, полученных в МГД моделировании струйных течений [Birn et al.,2011].
Вывод о зависимости вероятности появления инжекций от состояниямагнитной конфигурации получен на основе анализа трех разных представительныхвыборок, включая набор данных приведенных в работе [Boakes et al., 2011].Проецирование наблюдаемых изотропных границ в нейтральный токовый слойпроводилось при помощи адаптивной модели AM03, подстраиваемой к данныммагнитных измерений не менее трех спутников, располагавшихся в окрестностиизучаемой проекции изотропной границы.
Для контроля точности модельныхконфигураций и проецирования был использован набор параметров, позволяющихосуществлять такой контроль.Личный вклад автораАвтор проводил все расчеты с использованием моделей AM02 и AM03,участвовалвусовершенствованииэтихмоделей,осуществлялразработкунеобходимого программного обеспечения на языке FORTRAN. Автор работыпринимал непосредственное участие в анализе и обработке данных, интерпретациирезультатов, подготовке статей. События регистрации НСТ спутниками THEMIS,используемые во второй главе данной работы, были отобраны Дубягиным С. В. ивпервые представлены в работе [Dubyagin et al., 2011].8Всеизложенныевдиссертациирезультатыполученыавторомсамостоятельно или на равных правах с соавторами.ПубликацииРезультаты диссертации представлены в трех статьях, опубликованных врецензируемых научных журналах списка ВАК.Апробация работыРезультаты работы были представлены на международной конференции“Problems of Geocosmos” (Санкт-Петербург) в 2012 и 2014 годах, на ежегодномсеминаре “Physics of Auroral Phenomena” (Апатиты) в 2012 и 2013 годах,докладывались на семинарах кафедры физики Земли физического факультетаСПбГУ.Структура и объем работыДиссертация содержит 86 страниц машинописного текста, 29 рисунков и 1таблицу; состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы (102наименования).Содержание работыВо введении представлены актуальность темы исследования, цели и задачиработы, положения, выносимые на защиту, ее научная новизна и практическаяценность, кратко изложено содержание диссертации.Первая глава посвящена исследованию характеристик НСТ в областиостановки и роли параметра энтропии S = pV5/3 в динамике НСТ.
В разделе 1.19отображена роль магнитосферной конвекции в формировании возмущений вовнутренней магнитосфере Земли, упоминаются различные возможные механизмыпроникновения плазмы из плазменного слоя в эту область. Раздел 1.2 посвященобзору экспериментальных исследований нестационарных струйных течений. Здесьрассматриваются известные наблюдательные характеристики НСТ, их связь савроральныминейтральномстримерами,токовомслое,диполизациейотличительныеипроцессомпересоединениявособенностиизолированныхинеизолированных НСТ.
Также представлено описание прежних работ, показавшихнизкую эффективность проникновения НСТ во внутреннюю магнитосферу. Раздел1.3 посвящен энтропийной модели НСТ: плазменным пузырям (модельному аналогуНСТ) и роли параметра энтропии S = pV5/3 в их динамике. Описана эволюциянедогруженных плазменных трубок, причины их движения к Земле, зависимостьположения области их остановки от магнитной конфигурации хвоста магнитосферыи указаны области ночной магнитосферы, в которых оправдано применение моделиплазменных пузырей при описании динамики НСТ. В разделе 1.4 описанывозможные подходы к расчету параметра энтропии в реальной магнитосфере.Рассматриваетсяприменениеэмпирическихмоделеймагнитногополяиадаптивного моделирования для расчета величины объема плазменных трубок V.Представлен подход для расчета этой величины по единичным спутниковымизмерениям, предложенный в работе [Wolf et al., 2006], описаны результаты еготестирования на различных модельных конфигурациях в МГД расчетах иприменениявэкспериментальныхисследованиях.Раздел1.5посвященисследованию характеристик НСТ в области его остановки.
Представлены двауникальных события, в которых остановка НСТ произошла внутри компактнойгруппы спутников THEMIS, когда эти спутники находились вблизи внутреннеймагнитосферы (8 RE < r < 11 RE) в околополуночном секторе. В обоих событияхНСТ остановился дальше от Земли, нежели ближайший к ней спутник THEMIS, чтопозволило оценить величину параметра энтропии как внутри НСТ, так и в фоновойплазме перед фронтом НСТ.
Радиально расположенные спутники THEMISпозволили применить адаптивную модель AM02 для расчета объема плазменных10трубок. Результаты расчета по модели AM02 показали хорошее согласие (дофактора ~1.4)с формулой W’06. В разделе 1.6 представлено обсуждениерезультатов исследования характеристик НСТ в области их остановки. Сделанвывод о том, что НСТ останавливаются в области, где параметр энтропии в фоновойплазме равен параметру энтропии внутри течения (с точностью до фактора 2).Отмечено, что: (1) НСТ, зарегистрированные вблизи внутренней магнитосферы,имеют те же характеристики, что и НСТ, регистрируемые в хвосте (область сжатияперед фронтом, падение концентрации, плазменного давления и энтропии); (2)прохождение НСТ значительно изменяет распределение давления и параметраэнтропии во внутренней магнитосфере; (3) длительность и форма вариацийсреднеширотныхмагнитныхвозмущенийнаповерхностиЗемлихорошосогласуется с вариациями параметров плазмы и магнитного поля, наблюдаемыхспутниками THEMIS и соответствующих колебаниям НСТ около областиостановки.Во второй главе представлено статистическое исследование факторов ипараметров, контролирующих глубину проникновения НСТ во внутреннююмагнитосферу, и связи НСТ с инжекциями плазмы в эту область.
В разделе 2.1приведены основные известные сведения об инжекциях плазмы во внутреннююмагнитосферу и их связи с НСТ. Отмечено, что: (1) на геостационарной орбитеотсутствуют спутники, измеряющие одновременно магнитные и плазменныехарактеристики, что сильно затрудняет однозначную идентификацию НСТ в этойобласти; (2) большая часть резких возрастаний потоков энергичных частиц(инжекции плазмы) в плазменном слое соответствует НСТ [Gabrielse et al., 2014];(3) для исследования факторов и условий, при которых возможно появление НСТ вовнутренней магнитосфере, можно использовать предположение, что проникающийво внутреннюю магнитосферу НСТ создает инжекцию плазмы в этой области.Раздел 2.2 содержит представление наблюдений и анализ событий, используемыхдля статистического исследования.
Описываются два набора событий регистрацииизолированных НСТ на входе во внутреннюю магнитосферу: события на спутниках11Geotail и события на спутниках THEMIS; приведены критерии их отбора и методикасопоставления этих событий с наличием или отсутствием инжекции плазмы нагеостационарной орбите (по данным спутников LANL). Для каждого из наборовпредставлен сравнительный анализ (в т. ч. методом наложенных эпох) для двухгрупп событий, с инжекцией и при ее отсутствии.
В разделе 2.3 изучается рольмагнитной конфигурации хвоста магнитосферы в формировании инжекций плазмына геостационарную орбиту. К анализу добавлены обширные списки событийрегистрации начал взрывной фазы суббури (по авроральным наблюдениям) приналичии или при отсутствии сопутствующих инжекций на геостационарной орбите,взятые из работы [Boakes et al., 2011].
Параметр энтропии в фоновой плазме нагеостационарной орбите в каждом событии рассчитан при помощи эмпирическихмоделей T96 [Tsyganenko, 1995] и TS05 [Tsyganenko and Sitnov, 2005]. Для всех трехнаборов событий показана систематическая зависимость вероятности инжекции отвеличины параметра энтропии в ночной части геостационарной орбиты, то есть отмагнитной конфигурации хвоста. В конце раздела дополнительно к упомянутымвыше наборам событий добавлены события инжекций плазмы с резким иотчетливым фронтом диполизации, зарегистрированные спутниками Van AllenProbe (VAP) на расстояниях 4–5 RE от Земли, и для обобщенного набора событийпредставлено распределение величин Bz компоненты магнитного поля нагеостационарной орбите, рассчитанной по модели TA15 [Tsyganenko and Andreeva,2015] в моменты инжекций.
В этом представлении также ярко выраженасистематическая зависимость вероятности инжекции плазмы во внутреннююмагнитосферу от состояния магнитной конфигурации ночной магнитосферы.Раздел 2.4 содержит обсуждение результатов и выводы, касающиеся факторов,контролирующих глубину проникновения НСТ во внутреннюю магнитосферу, исвязи НСТ с инжекциями плазмы в эту область. Сделан вывод о том, чтовероятность инжекции во внутреннюю магнитосферу (и проникновения НСТ в этуобласть)в первую очередь зависит от магнитной конфигурации хвоста(радиального распределения параметра энтропии в фоновой плазме). Отмечено, чтолишь ~1/3 всех НСТ, зарегистрированных на входе во внутреннюю область12достигла геостационарной орбиты, и большинство течений останавливается нарасстояниях 7–10 RE от Земли.
Также в разделе кратко обсуждены причинычисленных различий в величинах параметра энтропии, рассчитанных двумяразными способами (по формуле W’06 и по эмпирическим моделям).В главе 3 обсуждаются проблемы использования протонных изотропныхграниц для диагностики магнитной конфигурации ночной магнитосферы ипредставлено исследование характеристик магнитного поля в области проекций ИГв экваториальную магнитосферу. В разделе 3.1 отмечены основные подходы копределению магнитной конфигурации хвоста магнитосферы и приведены сведенияо процессе питч-углового рассеяния в токовом слое, о существовании пороговогозначения параметра K = Rc/ρ, при котором амплитуда углового рассеяния приоднократном пересечении частицей токового слоя сопоставима с размером конусапотерь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
