Диссертация (1150724), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Получены экспериментальные подтверждения модели плазменных пузырей ипоказано, что величина параметра энтропии S = pV5/3 в фоновой плазме в областиостановки НСТ примерно равна минимальной величине этого параметра внутри НСТ (сточностью до фактора 2). При помощи адаптивного моделирования подтвержденаприменимость формулы [Wolf et al., 2006] для оценки объема плазменных трубок поодиночным спутниковым измерениям в экваториальной области хвоста магнитосферы(согласие с точностью до фактора 1.4).2. Получены новые подтверждения связи НСТ и инжекций плазмы во внутреннююмагнитосферу. В частности, показано, что глубина проникновения НСТ и вероятностьинжекции плазмы на геостационарную орбиту в первую очередь определяются магнитнойконфигурациейхвостамагнитосферы.Аименно,тесобытия,вкоторыхзарегистрированные на входе во внутреннюю магнитосферу НСТ приводили к инжекцииплазмы на геостационарную орбиту (~1/3 всех событий), характеризовались сильновытянутой магнитной конфигурацией ночной магнитосферы (при Bz < 60 нТ нагеостационарной орбите).53.
С использованием адаптивного моделирования и измерений спутников THEMIS иPOES получены оценки величины K = Rс/ρ в токовом слое хвоста магнитосферы в областипроекций изотропных границ протонов с энергиями ~30 и ~80 кэВ. В ~50% всехрассматриваемых событий значения величины K лежат в интервале [4; 16], чтосоответствует с точностью до фактора 2 теоретическому пороговому значению Kcr ~ 8 длясильного питч-углового рассеяния в токовом слое. Примерно в половине тех событий, вкоторых определялось положение плазмопаузы, изотропным границам соответствовализначения K > 16, а их проекции находились на расстояниях менее ~1 RE от плазмопаузы, ивысыпания протонов в окрестности этих изотропных границ могли быть сформированырезонансным рассеянием на EMIC волнах.Научная новизна1) Впервые исследованы характеристики НСТ в области его остановки.
На примередвух событий показано, что НСТ останавливается в области, в которой величинапараметра энтропии в окружающей его плазме равна (с точностью до фактора 2)параметру энтропии внутри НСТ.2) Впервые проведена основанная на спутниковых измерениях проверка формулыW’06, предложенная в работе [Wolf et al., 2006] для расчета объема плазменных трубок поединичным спутниковым измерениям.3) Получены новые доказательства формирования инжекций плазмы во внутреннююмагнитосферу нестационарными струйными течениями.4) Впервые получено, что вероятность инжекции плазмы во внутреннююмагнитосферувпервуюочередьзависитотмагнитнойконфигурациихвостамагнитосферы.5) Впервые исследованы характеристики магнитного поля и получены оценкивеличины параметра K в области проекций протонных изотропных границ, основанные наспутниковых измерениях.Практическая ценностьНовые доказательства тесной связи инжекций плазмы во внутреннюю магнитосферус НСТ и полученная зависимость вероятности появления инжекции от магнитной6конфигурации хвоста магнитосферы могут быть применены для развития методикпрогнозирования космической погоды.
Проведенная проверка формулы W’06, позволяет сбольшей уверенностью применять ее в дальнейших экспериментальных исследованиях.Проведенное в работе исследование характеристик магнитного поля в области проекцийпротонных изотропных границ указывает на необходимость дальнейшего изученияпроцессов ускорения и рассеяния частиц в ночной магнитосфере, приводящих кформированию высыпаний частиц в области их изотропных границ.Степень достоверности результатовПри экспериментальном исследовании характеристик НСТ в области его остановкисравнение результатов двух различных подходов для расчета объема плазменных трубокпоказало хорошее согласие между ними (до фактора ~1.4); ранее подобный вывод былполучен при опробовании формулы W’06 на конфигурациях, полученных в МГДмоделировании струйных течений [Birn et al., 2011].
Вывод о зависимости вероятностипоявления инжекций от состояния магнитной конфигурации получен на основе анализатрех разных представительных выборок, включая набор данных приведенных в работе[Boakes et al., 2011]. Проецирование наблюдаемых изотропных границ в нейтральныйтоковый слой проводилось при помощи адаптивной модели AM03, подстраиваемой кданным магнитных измерений не менее трех спутников, располагавшихся в окрестностиизучаемойпроекцииизотропнойграницы.Дляконтроляточностимодельныхконфигураций и проецирования был использован набор параметров, позволяющихосуществлять такой контроль.Личный вклад автораАвтор проводил все расчеты с использованием моделей AM02 и AM03, участвовал вусовершенствовании этих моделей, осуществлял разработку необходимого программногообеспечения на языке FORTRAN.
Автор работы принимал непосредственное участие ванализе и обработке данных, интерпретации результатов, подготовке статей. Событиярегистрации НСТ спутниками THEMIS, используемые во второй главе данной работы,были отобраны Дубягиным С. В. и впервые представлены в работе [Dubyagin et al., 2011].Все изложенные в диссертации результаты получены автором самостоятельно илина равных правах с соавторами.7Апробация работыРезультаты работы были представлены на международной конференции “Problemsof Geocosmos” (Санкт-Петербург) в 2012 и 2014 годах, на ежегодном семинаре “Physics ofAuroral Phenomena” (Апатиты) в 2012 и 2013 годах, докладывались на семинарах кафедрыфизики Земли физического факультета СПбГУ.ПубликацииРезультаты диссертациипредставлены в трехстатьях,опубликованныхврецензируемых научных журналах списка ВАК:1. Sergeev, V. A., I.
A. Chernyaev, S. V. Dubyagin, Y. Miyashita, V. Angelopoulos, P. D.Boakes, R. Nakamura, and M. G. Henderson (2012), Energetic particle injections togeostationary orbit: Relationship to flow bursts and magnetospheric state, J. Geophys. Res., 117,A10207, doi:10.1029/2012JA017773.2. Sergeev, V.
A., I. A. Chernyaev, V. Angelopoulos, A. V. Runov, and R. Nakamura (2014),Stopping flow bursts and their role in the generation of the substorm current wedge, Geophys.Res. Lett., 41, 1106–1112,doi:10.1002/2014GL059309.3. Sergeev, V. A., I. A. Chernyaev, V. Angelopoulos, and N. Y. Ganushkina (2015),Magnetospheric conditions near the equatorial footpoints of proton isotropy boundaries, Ann.Geophys., 33, 1485–1493, doi:10.5194/angeo-33-1485-2015.Структура и объем работыДиссертация содержит 86 страниц машинописного текста, 29 рисунков и 1 таблицу;состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы (102 наименования).Содержание работыВо введении представлены актуальность темы исследования, цели и задачи работы,положения, выносимые на защиту, ее научная новизна и практическая ценность, краткоизложено содержание диссертации.Первая глава посвящена исследованию характеристик НСТ в области остановки ироли параметра энтропии S = pV5/3 в динамике НСТ. В разделе 1.1 отображена роль8магнитосферной конвекции в формировании возмущений во внутренней магнитосфереЗемли, упоминаются различные возможные механизмы проникновения плазмы изплазменного слоя в эту область.
Раздел 1.2 посвящен обзору экспериментальныхисследований нестационарных струйных течений. Здесь рассматриваются известныенаблюдательныехарактеристикиНСТ,ихсвязьсавроральнымистримерами,диполизацией и процессом пересоединения в нейтральном токовом слое, отличительныеособенности изолированных и неизолированных НСТ. Также представлено описаниепрежних работ, показавших низкую эффективность проникновения НСТ во внутреннююмагнитосферу. Раздел 1.3 посвящен энтропийной модели НСТ: плазменным пузырям(модельному аналогу НСТ) и роли параметра энтропии S = pV5/3 в их динамике.
Описанаэволюция недогруженных плазменных трубок, причины их движения к Земле,зависимость положения области их остановки от магнитной конфигурации хвостамагнитосферы и указаны области ночной магнитосферы, в которых оправданоприменение модели плазменных пузырей при описании динамики НСТ. В разделе 1.4описаны возможные подходы к расчету параметра энтропии в реальной магнитосфере.Рассматривается применение эмпирических моделей магнитного поля и адаптивногомоделирования для расчета величины объема плазменных трубок V. Представлен подходдля расчета этой величины по единичным спутниковым измерениям, предложенный вработе [Wolf et al., 2006], описаны результаты его тестирования на различных модельныхконфигурациях в МГД расчетах и применения в экспериментальных исследованиях.Раздел 1.5 посвящен исследованию характеристик НСТ в области его остановки.Представлены два уникальных события, в которых остановка НСТ произошла внутрикомпактной группы спутников THEMIS, когда эти спутники находились вблизивнутренней магнитосферы (8 RE < r < 11 RE) в околополуночном секторе.
В обоихсобытиях НСТ остановился дальше от Земли, нежели ближайший к ней спутник THEMIS,что позволило оценить величину параметра энтропии как внутри НСТ, так и в фоновойплазме перед фронтом НСТ. Радиально расположенные спутники THEMIS позволилиприменить адаптивную модель AM02 для расчета объема плазменных трубок. Результатырасчета по модели AM02 показали хорошее согласие (до фактора ~1.4) с формулой W’06.В разделе 1.6 представлено обсуждение результатов исследования характеристик НСТ вобласти их остановки. Сделан вывод о том, что НСТ останавливаются в области, гдепараметр энтропии в фоновой плазме равен параметру энтропии внутри течения (сточностью до фактора 2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
