Диссертация (1150724), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Отмечено, что: (1) НСТ, зарегистрированные вблизи внутреннеймагнитосферы, имеют те же характеристики, что и НСТ, регистрируемые в хвосте(область сжатия перед фронтом, падение концентрации, плазменного давления и9энтропии); (2) прохождение НСТ значительно изменяет распределение давления ипараметра энтропии во внутренней магнитосфере; (3) длительность и форма вариацийсреднеширотных магнитных возмущений на поверхности Земли хорошо согласуется свариациями параметров плазмы и магнитного поля, наблюдаемых спутниками THEMIS исоответствующих колебаниям НСТ около области остановки.Во второй главе представлено статистическое исследование факторов и параметров,контролирующих глубину проникновения НСТ во внутреннюю магнитосферу, и связиНСТ с инжекциями плазмы в эту область. В разделе 2.1 приведены основные известныесведения об инжекциях плазмы во внутреннюю магнитосферу и их связи с НСТ.Отмечено, что: (1) на геостационарной орбите отсутствуют спутники, измеряющиеодновременно магнитные и плазменные характеристики, что сильно затрудняетоднозначную идентификацию НСТ в этой области; (2) большая часть резких возрастанийпотоков энергичных частиц (инжекции плазмы) в плазменном слое соответствует НСТ[Gabrielse et al., 2014]; (3) для исследования факторов и условий, при которых возможнопоявление НСТ во внутренней магнитосфере, можно использовать предположение, чтопроникающий во внутреннюю магнитосферу НСТ создает инжекцию плазмы в этойобласти.Раздел2.2содержитпредставлениенаблюденийианализсобытий,используемых для статистического исследования.
Описываются два набора событийрегистрации изолированных НСТ на входе во внутреннюю магнитосферу: события наспутниках Geotail и события на спутниках THEMIS; приведены критерии их отбора иметодика сопоставления 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 двух группсобытий, с инжекцией и при ее отсутствии. В разделе 2.3 изучается роль магнитнойконфигурациихвостамагнитосферывформированииинжекцийплазмынагеостационарную орбиту.
К анализу добавлены обширные списки событий регистрацииначал взрывной фазы суббури (по авроральным наблюдениям) при наличии или приотсутствии сопутствующих инжекций на геостационарной орбите, взятые из работы[Boakes et al., 2011]. Параметр энтропии в фоновой плазме на геостационарной орбите вкаждом событии рассчитан при помощи эмпирических моделей T96 [Tsyganenko, 1995] иTS05 [Tsyganenko and Sitnov, 2005]. Для всех трех наборов событий показанасистематическая зависимость вероятности инжекции от величины параметра энтропии вночной части геостационарной орбиты, то есть от магнитной конфигурации хвоста. Вконце раздела дополнительно к упомянутым выше наборам событий добавлены событияинжекций плазмы с резким и отчетливым фронтом диполизации, зарегистрированные10спутниками Van Allen Probe (VAP) на расстояниях 4–5 RE от Земли, и для обобщенногонабора событий представлено распределение величин Bz компоненты магнитного поля нагеостационарной орбите, рассчитанной по модели TA15 [Tsyganenko and Andreeva, 2015] вмоменты инжекций.
В этом представлении также ярко выражена систематическаязависимость вероятности инжекции плазмы во внутреннюю магнитосферу от состояниямагнитной конфигурации ночной магнитосферы. Раздел 2.4 содержит обсуждениерезультатов и выводы, касающиеся факторов, контролирующих глубину проникновенияНСТ во внутреннюю магнитосферу, и связи НСТ с инжекциями плазмы в эту область.Сделан вывод о том, что вероятность инжекции во внутреннюю магнитосферу (ипроникновения НСТ в эту область) в первую очередь зависит от магнитной конфигурациихвоста (радиального распределения параметра энтропии в фоновой плазме).
Отмечено,что лишь ~1/3 всех НСТ, зарегистрированных на входе во внутреннюю область достиглагеостационарной орбиты, и большинство течений останавливается на расстояниях 7–10 REот Земли. Также в разделе кратко обсуждены причины численных различий в величинахпараметра энтропии, рассчитанных двумя разными способами (по формуле W’06 и поэмпирическим моделям).В главе 3 обсуждаются проблемы использования протонных изотропных границ длядиагностикимагнитнойконфигурацииночноймагнитосферыипредставленоисследование характеристик магнитного поля в области проекций ИГ в экваториальнуюмагнитосферу.
В разделе 3.1 отмечены основные подходы к определению магнитнойконфигурации хвоста магнитосферы и приведены сведения о процессе питч-угловогорассеяния в токовом слое, о существовании порогового значения параметра K = Rc/ρ, прикотором амплитуда углового рассеяния при однократном пересечении частицей токовогослоя сопоставима с размером конуса потерь.
Упомянуто, что в ранних траекторныхрасчетах с использованием простейших одномерных моделей токовых слоев [Sergeev andTsyganenko, 1982; Sergeev and Malkov, 1988, Delcourt et al. 1996] проведена оценкавеличины порогового значения Kcr ~ 8, которое экспериментально не проверялось.ОтмеченаважнаярольпороговогозначенияKcr вформированииположенияэкваториальных границ зоны изотропных высыпаний энергичных заряженных частиц(изотропных границ, ИГ), и возможность использования широты ИГ для оценкисостояния магнитосферной конфигурации.
В разделе 3.2 указано, что согласно недавнимрезультатам исследования морфологии ИГ [Sergeev et al., 2015], в хвосте магнитосферымогут присутствовать другие механизмы рассеяния и ускорения частиц, помимо питчуглового рассеяния в токовом слое. В частности, протоны разных энергий могутрассеиваться при взаимодействии с электромагнитными ионно-циклотронными (EMIC)11волнами. Обсуждается важность экспериментальной проверки существования пороговогозначения величины K. Обосновывается выбор адаптивной модели AM03 для проведениятакой проверки: (1) проецирование вдоль силовых линий магнитного поля невозможнобез использования моделей, и (2) эмпирические модели обладают недостаточнойточностью проецирования (превышающей 1–2o геомагнитной широты).
В разделе 3.3описаны используемые данные и критерии отбора событий для исследованияхарактеристик магнитного поля в области проекций протонных изотропных границ.Показаны особенности анализа наблюдений изотропных границ протонов ~30 и ~80 кэВпо измерениям низковысотных полярных спутников NOAA и отображен процесс отборасобытий. В исследование вошли только те события, в которых в окрестности (размером внесколько RE) проекции изотропной границы в нейтральный токовый слой располагалисьнесколько спутников THEMIS, данные которых использовались для построениямодельных конфигураций при помощи модели AM03. Приведен метод расчета параметраK и описано, как в каждом событии определялось положение границы плазмосферы(плазмопаузы),области с наиболее вероятным появлением EMIC волн. Раздел 3.4содержит описание параметров, введенных для контроля точности проецирования иточности вычисления величин, используемых при расчете параметра K.
Все событияразбиты на две группы, с наибольшей и наименьшей достоверностью получаемыхрезультатов. В разделе 3.5 представлен анализ полученных значений параметра K вобласти проекций протонных изотропных границ. Отмечено, что наибольшее числозначений K (48%) попало в интервал от 4 до 16 (в пределах фактора 2 от теоретическогопорогового значения) и нет значений K < 4. Представлен сравнительный анализ группсобытий с наибольшей и наименьшей достоверностью результатов: значения K > 35встречаютсятольковгруппесобытийснаименьшейточностьюмодельныхконфигураций. Также показано, что в событиях с K > 16 проекции изотропных границрасполагаются ближе к плазмопаузе (как вне, так и внутри плазмосферы), нежели всобытиях с K < 16. Раздел 3.6 содержит обсуждение результатов, представленных вразделе 3.5, и обсуждение возможных причин существования значений K значительнопревышающих (более чем в 2 раза) предсказываемое теорией пороговое значение Kcr ~ 8.Отмечено, что значения K > 35 не описывают реальных характеристик магнитного поля вобласти проекций изотропных границ, так как они были получены только в группесобытий с наименьшей достоверностью результатов.
Отсутствие значений K < 4 и тотфакт, что наибольшее число определенных величин K лежит в интервале от 4 до 16,подтверждают возможность существования пороговой величины Kcr ~ 8. В свою очередь,близкое расположение к плазмосфере проекций ИГ, характеризующихся K > 16, указывает12на то, что эти границы могли быть сформированы резонансным рассеянием на EMICволнах. Для ИГ протонов E ~ 30 кэВ величина параметра K всегда превышает значениеэтого параметра на сопутствующей ей ИГ протонов E ~ 80 кэВ, что может быть связано cбольшими по сравнению с моделью реальными радиальными градиентами магнитногополя или с существованием зависимости порогового значения Kcr от энергии протонов.В заключении сформулированы основные результаты работы.13Глава 1Нестационарные струйные течения и модель плазменныхпузырей1.1 Магнитосферная конвекция и возмущения во внутреннеймагнитосфере ЗемлиКрупномасштабная циркуляция плазмы в магнитосфере Земли (магнитосфернаяконвекция) играет важную роль в формировании глобальных магнитных возмущений,обусловленных взаимодействием магнитосферы с солнечным ветром.
В начале 60-х годовпрошлого столетия была предложена качественная модель, описывающая механизмгенерации магнитосферной конвекции [Dungey, 1961]. В ней предполагалось, чтонепроницаемость магнитосферной границы (магнитопаузы) может нарушаться врезультате процесса пересоединения антипараллельных силовых линий магнитного поляЗемли и солнечного ветра (N1 на рисунке 1). Образованные процессом пересоединениясиловые линии совместно с плазмой солнечного ветра переносятся в хвост магнитосферы(2 → 5 и 2’ → 5’ на рис. 1), что приводит к росту магнитного потока в долях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
