View
60
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
Два режима неадиабатического ускорения ионов в Токовом Слое геомагнитного хвоста. Григоренко Е.Е., Зеленый Л.М., Долгоносов М.С. Институт космических исследований РАН, Москва, Россия. Ионные пучки в PSBL. Предыдущие исследования. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Два режима неадиабатического ускорения ионов в Токовом Слое геомагнитного хвоста.
Григоренко Е.Е., Зеленый Л.М., Долгоносов М.С.
Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Ионные пучки в PSBL. Предыдущие исследования.
PSBL - переходная область между лобами хвоста и плазменным слоем, в которой часто наблюдаются пучки ускоренных в ТС ионов, движущихся вдоль магнитного поля с V|| ≥ 1000 km/s (E ~ десятки кэВ)
В большинстве случаев при наблюдениях на X ≥ -30 RE (ISEE-1,2, Интербол-1, Wind, Geotail, Cluster), ионные пучки на высокоширотной границе PSBL движутся к Земле, т.е. их источник расположен в более дальних областях ТС.
(DeCoster and Frank, 1979; Eastman et al., 1984; Takahashi and Hones 1988; Parks et al., 1998, 1999; Grigorenko et al., 2002; and so on...)
В процессе неадиабатического взаимодействия с ТС ионы приобретают энергию:2
)(22)(
XB
EmEXW
Z
YLY
, где EY – электрическое поле утро-вечер BZ - перпендикулярная ТС компонента локального магнитного поля
Если спутник находится достаточно далеко от источника, то структура PSBL будет обусловлена пространственной фильтрацией частиц с разными движущихся с разными скоростями V|| вдоль Z:
Наличие электрического поля утро-вечер приводит к дрейфу частиц (E x B), из долейхвоста к НС.
Два типа ионных пучков в PSBL.
Выполнен анализ 995 пересечений PSBL спутником Geotail на X = -20 RE - -220 RE (1993-1995)
Общее свойство: узкое питч-угловое распределения на высокоширотной границеPSBL.
Различия:
• Ширина функций распределения по V|| (ΔV||/V|| ~ 0.1 – 0.8)
• Энергии ~5000 – 35 кeV и более.
• Изотропные/анизотропные электронные функции распределения по скоростям.
• Электронные температуры в PSBL от нескольких сот эВ до нескольких кэВ.
Эти различия могут быть обусловлены разными условиями ускорения ионов из-за различной близости источников к Х-линии.
Наблюдение в PSBL ионного пучка ускоренного вблизи Х-линии.
Энергичный (V|| > 2500 км/с) и широкий по V|| (ΔV||/V|| ~ 0.8) ионный пучок движется в хвост. Одновременно с ионным пучком наблюдаются электроны с анизотропной вдоль магнитного поля функцией распределения. Температура электронов в PSBL ~ 2 кэВ
На границе PSBL-lobe функция распределения электронов состоит из холодного пучка движущегося к источнику ускорения и ускоренных электронов движущихся из источника.
Ускорение ионов происходитвблизи Х-линии, которая находится на |Х| < 46 RE
Geotail на [-46,1,-6] RE
Наблюдение бимлета ускоренного на замкнутых силовых линий магнитного поля.
Долгоживущий бимлет
Бимлет движущийся к Земле наблюдается в PSBL в течение 20 мин. Скорость бимлета неизменна в течение всего интервала V|| ~ 1200 км/с.Температура электронов в PSBL < 1 кэВ.
Ускорение в ТС квазистационарно
Функции распределения электронов по скоростям регистрируемые вместе с бимлетом, а также на более высоких широтах изотропны.
Ионы ускоряются в области замкнутых силовых линиймагнитного поля
Бимлет коллимирован по энергии: ΔV||/V|| ~ 0.1
Резонансное ускорение в локализованном источнике.
Geotail на [-46,1,-6] RE
Grigorenko et al., JGR, 2009 (in press)
Ускоренные ионные пучки не наблюдались в 44% случаях (437 пересечений PSBL)
Пучки ускоренные на замкнутых силовых линиях наблюдались в 20% случаев (200 пересечений)
Пучки ускоренные вблизи Х-линии наблюдались в 27% (268 пересечений)
В 9% случаях (91 пересечение PSBL) наблюдались «переходные» распределения (превращение коллимированного по энергиям пучка в широкий и наоборот).
Частота наблюдения в PSBL ионных пучков разных типов.
Пучки на закрытых Пучки ускоренные линиях вблизи Х-линии • наблюдаются в наблюдаются при спокойные периоды; любых АЕ;
•большинство более 60% движутся в движется к Земле хвост уже при X ≤ -50 RE
даже на X ~ -110 RE
•энергии < 30 keV энергии до 140 кэВ
•температуры температурыэлектронов в PSBL электронов в PSBL< 1 keV > 1 кэВ
•типичные времена типичные временанаблюдения 3-8 мин наблюдения 1-4 мин.иногда до 23 мин
Пучки ускоренные вблизи Х-линии
Пучки ускоренные на замкнутых линиях
Статистический анализ характеритик двух типов пучков.
Статистика распределения энергий ионных пучков в направлении ~утро-вечер
Предельная энергия W получаемая частицей при ускорении в ТС стационарным электрическим полем утро-вечер E: W = E·ΔY’, где ΔY’ - расстояние от границы утреннего фланга до Y-координаты места регистрации пучка в PSBL.
Распределение W(Y’) пучков ускоренных на закрытых линиях ~ соответствует сценарию их ускорения в ТС квазистационарным электрическим полем утро-вечер.
Однако, распределение W(Y’) ионных пучков ускоренных вблизи Х-линии невозможно объяснить одним лишь квазистационарным механизмом ускорения. Индукционные электрические поля возникающие в области магнитной турбулентности вблизи Х-линии могут вносить вклад в ускорение, особенно для энергичных пучков наблюдаемых на утреннем фланге.
Ускорение на закрытых линиях
Ускорение вблизи Х-линии
Ускорение ионов происходит в локализованных областях (резонансах). Каждый резонанс производит коллимированный по энергиям пучок: ΔV||/V|| ~0.1
Ускорение ионов происходит в более протяженном в пространствеисточнике, находящимся вблизи Х-линии. Статистически такое ускорение происходит ближе к Земле (хвост с ближней Х-линией).Источник генерирует широкий по V|| пучок: ΔV||/V|| ~0.8
Ускорение вблизи Х-линии
Ускорение на закрытых линиях
Возможные сценарии ускорения ионов в ТС в области закрытых силовых линий и вблизи магнтной сепаратриссы.
x-line at x = -20 Revdetector at -6 Re
Z-10 0 10
10
30W, keV
ΔW
-10 0 100
30W, keV
Influence of magnetic field topology
x-line at x = -80 Revdetector at -20 Re
ЗаключениеПлазменные характеристики наблюдаемые в PSBL в двух «экстремальных»
режимах ускорения ионов в ТС.“Регулярная” (MГД) X-линия
•Есть признаки пересечения магнитной сепаратриссы: анизотропные электроны на высокоширотной границе PSBL
•Энергии электронов в PSBL сравнимы с энергиями в ПС (≥ 1 keV)
•Ионные пучки широкие по параллельным скоростям. Энергии ионных пучков достигают 140 кэВ.
•Длительности наблюдения <5мин. Есть транзиентные эффекты указывающие на прекращение генерации.
“Стохастическое” пересоединение в дальнем хвосте
•На высокоширотной границе PSBL нет явных признаков пересечения магнитной сепаратриссы: функции распределения электронов изотропны.
•Энергии электронов < 1 keV и постепенно растут к НС.
•Коллимированные по энергиям ионные пучки с энергиями ≤ 20 кэВ
•Большая длительность наблюдения ионных пучков (до 23 мин). Отсутствие транзиентных эффектов (нет признаков прекращения ускорения).
•Пространственная локализация в направлениях перпендикулярно магнитному полю: ΔY(∆Z) < 1 RE
Recommended