Диссертация (1150724), страница 14
Текст из файла (страница 14)
формулу 4 на стр. 28), а также активныепериоды, в которых AE > 250 нТ. Далее изотропные границы протонов ~30 кэВ и ~80 кэВбыли спроецированы вдоль силовых линий в область токового слоя хвоста, в которой�⃗ , ⃗� ≈ 0. После этого были исключены события, в которых проекции изотропных�границ оказались на расстоянии более 6 RE от ближайшего спутника THEMIS. Дляданного исследования всего было отобрано 50 событий, каждое из которых содержит подве изотропные границы — для протонов ~30 кэВ и для протонов ~80 кэВ. Распределениеположений изотропных границ протонов ~30 кэВ и ~80 кэВ представлено на рисунке 26a,а результаты проецирования этих границ в нейтральный токовый слой представлены нарисунках 25б и 26б.67Рисунок 26.
Характеристики набора данных. (a) Положение изотропных границ протонов (по осиабсцисс — исправленная магнитная широта); (б) положение проекций изотропных границпротонов в нейтральный токовый слой (по оси абсцисс — радиальное расстояние от Земли); (в)положение плазмопаузы (по оси абсцисс — радиальное расстояние от Земли); (г) AE-индекс; (д–и)распределение параметров, влияющих на точность проецирования изотропных границ протонов~30 кэВ и ~80 кэВ и вычисления параметра K в точке проекции (см.
параграф 3.4). Везде по осиординат N — число зарегистрированных изотропных границ (всего 100 в 50 событиях).68После проецирования изотропных границ протонов ~30 кэВ и ~80 кэВ в токовыйслой хвоста магнитосферы, были вычислены значения параметра K, соответствующиеэтим границам. Энергия покоя протона равна ~938 МэВ, поэтому при вычислениипараметра K не учитывались релятивистские эффекты, и использовалась формула= ∙ �2 ,(10)где , , — заряд, масса и энергия протона, а и — Z-компонента магнитногополя и радиус кривизны силовой линии в точке проекции. Для определения радиусакривизны находилось уравнение окружности, проходящей через три точки силовой линии,расположенные в малой окрестности точки проекции.
Радиус этой окружности ипринимался за радиус кривизны силовой линии . Кроме проекции реальной(наблюдаемой) изотропной границы в экваториальную магнитосферу (‘PIB” на рис. 25a),для полученной модели на том же меридиане определялось положение модельнойизотропной границы (“MIB” на рис. 25a) — области в токовом слое, в которойхарактеристики модельного магнитного поля соответствуют значению параметра ~8.Модельные изотропные границы имели те же долготы в системе SM, что и наблюдаемые.Формирование изотропных границ, как отмечалось выше, может происходить нетолько за счет процесса питч-углового рассеяния в токовом слое хвоста магнитосферы, нои за счет других физических явлений и механизмов.
Для того, чтобы оценить роль этихявлений и механизмов в формировании протонных изотропных границ, для каждогособытия было определено положение плазмопаузы, в окрестности которой в спокойноймагнитосфере наиболее вероятна генерация волн (в том числе EMIC волн) [Yahnin andYahnina, 2007]. Положение плазмопаузы определялось по резкому падению с удалениемот Земли электрического потенциала (в области значений ~5–10 В) того спутникаTHEMIS, который пересекал границу плазмосферы в момент близкий ко временирегистрацииизотропнойграницыспутникомNOAA.Распределениеположенийплазмопаузы для используемых событий представлено на рисунке 26в.
На этом рисунке,помимо обычных значений Rpp ~ 4–7 RE, видна отдельно стоящая группа событий, длякоторой характерны аномально большие размеры плазмосферы (8–9 RE).693.4 Характеристики выборки данных, влияющие на точностьпроецирования и реалистичность модели магнитного поляэкваториальной магнитосферыВыбираемая моделью AM03 магнитосферная конфигурация никогда в точности небудет соответствовать реальной, поэтому немаловажной является оценка точности этоймодели.
Для оценки соответствия модельной и реальной конфигураций можноиспользовать величину δ (см. формулу (4) на стр. 28), отображающую степеньсогласованности модельных и реальных характеристик магнитного поля в точкахспутниковых измерений, которые использовались для выбора модельных магнитосферныхконфигураций (рис. 26з). Использовалось еще несколько параметров, потенциальновлияющих на точность проецирования (изотропных границ) в нейтральный токовый слойи вычисления параметра K в точке проекции. Первый из них — параметр δ (рис. 26и)— оценивает среднюю изменчивость магнитного поля, измеряемого спутниками THEMIS,в интервале ±5 минут от времени регистрации изотропной границы и вычисляется поформулеδ =ℎ∑ ∑=,, ∑5=−5�− �33 ∙ ,(11)ℎгде — j-я компонента магнитного поля в i-ю минуту на спутнике THEMIS,— j-я компонента магнитного поля линии тренда в i-ю минуту, вычисляемая пометоду наименьших квадратов, n — число спутников, а первое суммированиепроизводитсявозмущенностьповсемспутникам.экваториальнойПараметрмагнитосферыδихарактеризуетуказываетналокальнуюстепеньструктурированности плазменного слоя в окрестности положения спутников THEMIS.Модель AM03, в которой токовые системы заданы гладкими функциями, не способнаотображать подобного рода структуры, поэтому, чем меньше этот параметр, тем вышешанс близкого соответствия реальной и модельной магнитосферных конфигураций.Следующие два параметра, ∆1 и ∆2 , характеризуют расстояние от точки проекцииизотропной границы до местоположения спутников THEMIS.
Первый параметр ∆1 равенмодулю разницы радиальных геоцентрических расстояний точки проекции и ближайшегок ней спутника THEMIS (рис. 26д). Второй параметр ∆2 равен модулю векторнойразницы положения этих двух точек (рис. 26е) и, в отличие от величины ∆1, учитываетрасстояние по азимуту между проекцией и группой спутников THEMIS. Чем ближе точкапроекции протонных изотропных границ к спутникам THEMIS, измерения которыхопределяют выбор модельной конфигурации, тем выше шанс совпадения модельных и70реальных характеристик магнитного поля в окрестности этой точки.
Чем меньше значенияэтих параметров, тем с большей точностью проводится проецирование и вычисляетсяпараметр K.Параметр δслужит оценкой точности определения плотности тока внейтральном токовом слое (рис. 26ж). Этот параметр удалось ввести благодарявзаиморасположению двух спутников — THEMIS-A и THEMIS-E, разнесенных по оси Zсистемы GSE на ~1 RE и имеющих практически совпадающие координаты X и Y. Параметрδ вычислялся по формулеδ = ��ℎ−, − ℎ−, � − �ℎ−, − ℎ−, ��,(12)где ℎ−, и ℎ−, — X-компоненты магнитного поля, измеряемые на спутникахTHEMIS-E и THEMIS-A соответственно, а ℎ−, и ℎ−, — X-компонентымодельного магнитного поля в точках положения спутников THEMIS-E и THEMIS-A,соответственно.
Чем меньше этот параметр, тем лучше в модельной конфигурацииотображена реальная кривизна силовой линии, на которой находится регистрируемаяграница изотропии протонов, а значит, с большей точностью вычисляется параметр K.Опираясь на эти параметры, все события были разбиты на две группы (рисунок 26д–и): группа “D1” (23 события) — ∆1 < 1.4 , ∆2 < 3 , δ < 4 , δ < 3.5 иδ < 1.2 ; группа “D2” (27 событий) — все остальные события.
Сравнительныйанализ двух групп в дальнейшем позволил сделать заключения о том, какие значенияпараметра K (характеристики магнитного поля) в области проекций изотропных границпротонов ~30 кэВ и ~80 кэВ в экваториальную магнитосферу определены с наибольшейдостоверностью. Отметим наиболее характерные значения параметров, влияющих наточность проецирования и вычисления параметра K. Для большей части отобранныхсобытий характерна слабая магнитосферная активность (AE < 80, рис.
26г). В большейчасти событий параметр δ < 0.8 нТ (рис. 26и). Проекции изотропных границ протоноврасположены достаточно близко к спутникам THEMIS (∆1 < 1.2 RE — рис. 26д, ∆2 <3 RE — рис. 26е). Точность воспроизведения моделью AM03 плотности тока токовогослоя хвоста характеризуется значением δ < 3 nT (рис. 26ж).713.5 Величины параметра K в области проекций протонныхизотропных границ и положение плазмопаузыПолученные значения параметра K представлены в виде гистограммы на рисунке 27.Видно, что значения величины K имеют большой разброс (от 4 до 76). Такой разбросможет быть обусловлен, как физическими причинами, так и ошибками модельныхмагнитных конфигураций. Наибольшее число значений параметра K (48%) находится винтервале от 4 до 16 и среди всех полученных значений этого параметра не существуеттакого, которое было бы меньше 4.Рисунок 27.
Распределение величины параметра K, соответствующего характеристикаммагнитного поля в области проекций изотропных границ протонов ~30 кэВ (зеленый цвет, “P1”) и~80 кэВ (синий цвет, “P2”) в нейтральный токовый слой; N — это число зарегистрированныхизотропных границ. Стрелки указывают на то, в каком интервале находятся медианные значения(показаны числами рядом) параметра K для протонов ~30 кэВ (зеленый цвет) и ~80 кэВ (синийцвет).Для того, чтобы оценить, как качество модельных конфигураций может влиять наполученные результаты, проведен сравнительный анализ двух групп событий (“D1” и“D2”). Он представлен на рисунке 28. При построении графика, отмеченного индексом (a)на этом рисунке, учитывались калибровочные коэффициенты для каждого спутникаNOAA (см.
таблицу 1). В группе событий, обладающих наибольшей достоверностью,максимальное значение K равно ~35, тогда как значения K > 35 встречаются только всобытиях группы “D2”. Для обеих групп событий нижняя граница значений этогопараметра одинакова и равна ~4 — вне зависимости от точности модели изотропныеграницы протонов ~30 кэВ и ~80 кэВ проецируются в нейтральный токовый слой не далееобласти, в которой K ~ 4. На рисунке 28a видно, что чем больше энергия протонов, темменьше значение параметра K, соответствующего изотропным границам этих частиц. Нарисунке 28б представлена зависимость величины параметра K от разницы исправленных72магнитных широт протонных изотропных границ предсказываемой моделью рассеяния втоковом слое (MIB, K ~ 8) и наблюдаемой (PIB).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
