МГД-возмущения магнитосферной плазмы УНЧ-диапазона

08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе

МГД-возмущениямагнитосферной плазмы

УНЧ-диапазонаОлег Черемных

Алексей Парновский

Институт космических исследований, Киев, Украина

08.02.2012Плазменные процессы в Солнечной системе 2

Малые возмущения:

Cheng and Chance (1986)

Исходные уравнения

0,0,0 BjB divaa

appapc

p 01

Bj

0,rot4

,rot

,,div

,11

2

2

BBjBB

BjBj

div

div

c

pppcc

pt

222

B

B

B

B

a

a

a


Уравнения малых возмущений в дипольной геометрии

штрих означает производную по Уберем БМЗ, положив p1 = 0

21

2122

2

div21

p

pppχ

ξBB

,

12

12

B

BBB

p

ss

,0div2 ξBp

,2

1

1div 22

χ

BBξ

2B

p


Уравнения малых возмущений в дипольной геометрии

Полученные точные уравнения

полностью идентичны уравнениям, полученным в баллонном приближении

,02

12

122222

2

BB

ppBB

,02

1

1222

2

BBB

B

012

BBss


Собственные моды

Cheng et al. (1993)ТАМ – это обычные торсионные колебания магнитной поверхности альфвеновского типа

Черемных и др. (2001)ПАМ – это компрессионные альфвеновские моды; зацепление – через радиальную кривизну

02

B

B0

0

четные нечетные

0

011

2div 222

B

Bχ


Гран. условия на ионосфере

Hameiri and Kivelson (1991)

Hameiri (1999)

Cheremnykh and Parnowski (2004)– Малые параметры:

a/|| ~ 10–1, /|| ~ 10–4

– Замыкание магнитосферных токов в ионосфере:

– Отсутствие возмущений в атмосфере:

Индексы:

M – в магнитосфере

b – на границе

S – на поверхности

M S S Sb bj n Σ E

��

0bn


Спектр собственных мод

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1- 1

0

1

2

3

4

R e 2

APc

L


Желобковая неустойчивость (полдень)

Цвета:Черный = частотаСиний = инкремент при ω ≠ 0Красный = инкремент при ω = 0

Желобковая мода всегда неустойчива, но при β < 0.14 ей можно пренебречь0 0.05 0.1 0.15 0.2

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

B

F +

F –

B


Желобковая неустойчивость (утро/вечер)

Цвета:Черный = частотаСиний = инкремент при ω ≠ 0Красный = инкремент при ω = 0

Значение ~ 3.3 является критическим и разделяет два разных решения

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1- 2

- 1 . 5

- 1

- 0 . 5

0

0 . 5

1

B

B

B

B

B

B B

B F

F

F


Желобковая неустойчивость (полночь)

Цвета:

Черный = частота

Синий = инкремент при ω ≠ 0

Красный = инкремент при ω = 0

При > 4 частота всегда равна нулю

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

B

B F

F

F

F


Желобковая неустойчивость

0 4 8 12 16 200

2

4

6

8

10

1 АМ (четная)

Желобковые моды (апериодические)

2 АМ (нечетная)

3 АМ (четная)

APc

L


Границы устойчивости

55.2

4

Желобковые

Баллонные

Неустойчивость

APc

L

Желобковые возмущения определяют общую МГД-

устойчивость магнитосферной плазмы

при любой конечной ионосферной проводимости

0

0div

0div

0

xfconst

~


Желобковая неустойчивость

День (высокая проводимость): DP

Ночь (низкая проводимость): NPDN

Слабая волновая активность

Утро/вечер (средняя проводимость): DN

Сильная волновая активность


AMPTE/CCE


Выводы

– Спектральная мощность магнитосферных МГД-возмущений в УНЧ диапазоне сильно зависит от интегральной проводимости ионосферы, причем немонотонно с максимумами в утреннем и вечернем секторах, что согласуется с наблюдениями на КА.

– Наряду с неустойчивостью Кельвина-Гельмгольца, представляется разумной гипотеза о генерации таких возмущений солнечным УФ терминатором в ионосфере.


Благодарности

Мы благодарим А.В. Агапитова и С.О. Черемных за весомый вклад в представленные результаты.Мы благодарим А.С. Леоновича, В.А. Пилипенко и Д.Ю. Климушкина за ценные обсуждения.Мы благодарим руководителей проектов INTERMAGNET, AMPTE/CCE, AMPTE/IRM за открытый бесплатный доступ к данным и высокие стандарты качества данных.И, конечно, мы

Благодарим вас за внимание!

Documents

МГД-возмущения магнитосферной плазмы УНЧ-диапазона