WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Для всех 52 случаев пересечения магнитопаузы была определена ориентация токового слоя магнитопаузы. В 90% случаев, когда был обнаружен четкий токовый слой магнитопаузы, угол между направлениями магнитного поля в магнитослое и магнитосфере превышал 40 градусов. Этот факт находится в соответствии с опубликованными ранее результатами для низких широт.

Для 52 случаев пересечения магнитопаузы также были определены скорость и толщина токового слоя. Обнаружено, что магнитопауза на высоких широтах движется со скоростью от почти нулевой до ~180 км/с в направлении, перпендикулярном токовому слою магнитопаузы, как в сторону сжатия, так и в сторону расширения магнитосферы. Медиана распределения скоростей магнитопаузы соответствует ~50 км/с, а среднее значение ~60 км/с.

Максимальная обнаруженная скорость, с которой двигалась магнитопауза на средних и высоких широтах примерно в три раза меньше, а среднее значение скорости примерно в 1.3 раза меньше, чем соответствующие значения скорости магнитопаузы на низких широтах. Найдено, что магнитопауза с прилегающей плазменной мантией движется ещё медленнее - со скоростями, не превышающими 70 км/с.

Обнаружено, что токовый слой магнитопаузы варьируется от ~50 км до ~105 км, с медианой распределения ~800 км и средним значением ~1600 км.

Таким образом, магнитопауза на высоких широтах почти в два раза толще, чем на низких широтах (~900 км). Заметим, что в данной диссертации толщина магнитопаузы соответствует длине градиента в BL компоненте магнитного поля, т.е. компоненте магнитного поля коллинеарной направлению максимума вариаций магнитного поля при пересечении токового слоя магнитопаузы.

Относительная толщина магнитопаузы, нормированная на локальный ларморовский радиус протона в магнитослое лежит в диапазоне от 1 до 200, с медианой распределения около 10. Таким образом, найдено, что только в двух из 52 случаев пересечения магнитопаузы толщина токового слоя примерно соответствовала. Заметим, что на низких широтах средняя толщина магнитопаузы соответствует примерно 10. Таким образом, магнитопауза на высоких широтах в среднем в три раза толще в терминах (~30 ).

Далее, была посчитана плотность тока на токовом слое магнитопаузы напрямую из ротора магнитного поля. Найдено, что плотность тока варьируется от 50 нА/м2 до 1.3 мкА/м2, с медианой распределения ~ 200 нА/м2 и средним значением ~600 нА/м2. Плотность тока на магнитопаузе с прилегающей плазменной мантией выше, чем на магнитопаузе, покрывающей дневную магнитосферу. Найдено, что в среднем толщина магнитопаузы LBB, скачек в BL компоненте магнитного поля BB и амплитуда JM компоненты плотности L токов на магнитопаузе соотносятся законом Ампера. В части пересечений, однако, расстояния между аппаратами были больше толщины магнитопаузы, что привело к недооценке плотности тока магнитопаузы. В другой части пересечений основной токовый слой магнитопаузы оказался тоньше, чем толщина магнитопаузы.

Наконец, было показано, что магнитопауза может иметь различную структуру. Во-первых, приведены примеры закрытой (тангенциальной) (||=0) и открытой магнитопаузы (||>0). Во-вторых, продемонстрировано, что существует два вида токового слоя магнитопаузы тангенциального типа: а) напряженность магнитного поля изменяется через слой монотонно, а ток течет только перпендикулярно направлению максимума вариации магнитного поля; поворот поля через слой происходит на всей толщине магнитопаузы. б) напряженность магнитного поля имеет минимум в центре слоя; в минимуме ток течет в основном перпендикулярно направлению максимума вариации магнитного поля; слева и справа от минимума ток в поперечном направлении ослабевает; при этом появляются продольные токи, которые противоположно направлены с двух сторон минимума; основной поворот поля через слой происходит в минимуме на масштабах в 2-3 раза меньших толщины магнитопаузы.

В главе 3 исследованы свойства магнитной турбулентности в окрестности магнитопаузы по данным высокого разрешения со спутников КЛАСТЕР с частотой опроса 22,4 и 67 Гц для 16 пересечений магнитопаузы. Установлено, что мощность флуктуаций магнитного поля тем выше, чем тоньше токовый слой магнитопаузы во всем наблюдаемом диапазоне частот (от ионноциклотронной до нижнегибридной частоты). Данная зависимость особенно четко проявляется со стороны магнитосферы и указывает на градиенты давления, как наиболее вероятный источник свободной энергии для возбуждения наблюдаемой турбулентности. Наклон спектров флуктуаций со стороны магнитослоя (k=-2) круче, чем со стороны магнитосферы (k=-1.75).

Мощность флуктуаций в касательных к токовому слою магнитопаузы компонентах магнитного поля больше, чем в нормальной.

Далее, был изучен уникальный случай пересечения тонкой магнитопаузы (LBB~) 30 марта 2002 г. с толщиной около 50 км, что примерно равно ларморовскому радиусу протона в магнитослое. Для изучения тонкого токового слоя были использованы данные электрического поля с частотой опроса 450 Гц, данные магнитного поля с частотой опроса 67 Гц, а так же функции распределения скоростей ионов, измерявшихся раз в 4 секунды. Показано, что плотность токов на тонком токовом слое может достигать 2-3 мкА/м2. Мощные электростатические флуктуации наблюдались на градиенте плотности на магнитосферной стороне тонкого токового слоя магнитопаузы с частотами, близкими к нижнегибридной частоте (~10-90 Гц). Так же показано, что в отличие от прилегающего магнитослоя и магнитосферы, где ионы вморожены в межпланетное магнитное поле и в магнитное поле Земли, соответственно, на тонком токовом слое сильное перпендикулярное электрическое поле (30-мВ/м) сбалансировано холловским членом обобщенного закона Ома. Последнее свидетельствует о том, что наблюдаемый ненулевой поперечный ток, вероятно, является холловским. Наконец, получено, что уже флуктуации магнитного поля и тока могут привести к значениям коэффициента диффузии ионов через токовый слой магнитопаузы 5.0x108 м2/c, что более, чем на два порядка превышает оценку, полученную с помощью квазилинейной теории.

Наконец, был исследован случай пересечения толстой магнитопаузы (LBB>) на высоких широтах 10 мая 2002 г. с толщиной ~450 км (пять ларморовских радиусов протона магнитослоя). Неоднородность в BM компоненте магнитного поля имела форму биполярного возмущения, образуя основной токовый слой на масштабах ~130 км. На магнитопаузе и в прилегающем пограничном слое наблюдались существенные флуктуации магнитного поля на частоте, близкой к локальной ионно-циклотронной частоте fpc (~0.4-2 Гц). Показано, что этим флуктуациям соответствуют волны длиной около 150-250 км, которые распространяются в сторону Земли, перпендикулярно плоскости токового слоя магнитопаузы. Функции распределения протонов показывают, что протоны магнитослоя влетают в магнитосферу перпендикулярно плоскости токового слоя магнитопаузы с фазовой скоростью наблюдаемых электромагнитных волн и образуют пограничный слой. Сделана оценка коэффициента диффузии за счет флуктуаций магнитного поля и плотности тока вблизи ионно-циклотронной частоты 2.0x106 м2/c. Показано, что этого достаточно для образования наблюдаемого прилегающего пограничного слоя. Полученный коэффициент диффузии на два порядка превышает оценку, произведенную с помощью квазилинейной теории. Таким образом, показано, что пограничный слой мог быть образован благодаря бесстолкновительной диффузии протонов магнитослоя вследствие взаимодействия волна-частица.

Положения, выносимые на защиту 1. Установившееся на средних широтах сверхальфвеновское течение плазмы магнитослоя замедляется до субальфвеновских скоростей над каспом и за ним. При этом тепловое и магнитное давление увеличиваются в 2-4 раза.

2. На средних и высоких широтах а) скорость магнитопаузы не превосходит 180 км/с (в три раза медленнее, чем на низких широтах), имея среднее км/с (в 1.3 раза медленнее, чем на низких широтах) и медиану 50 км/с.

Скорость магнитопаузы с прилегающей мантией меньше – не превышает 70 км/с. Толщина магнитопаузы может быть от 50 до 6000 км, со средним 1600 км (в 1.8 раза толще, чем на низких широтах) и медианой 800 км.

Магнитопауза с прилегающей мантией, в среднем, в два раза тоньше, чем дневная магнитопауза. В гирорадиусах протона p средняя толщина была 30p (в 3 раза толще, чем на низких широтах), а медиана 10p. Плотность токов в токовом слое магнитопаузы может быть от 20 до 1300 нА/м2, со средним 600 нА/м2 и медианой 200 нА/м2. Плотность токов магнитопаузы с прилегающей мантией, в среднем, в два раза выше, чем дневной магнитопаузы.

3. Существует два вида токового слоя магнитопаузы тангенциального типа:

а) напряженность магнитного поля изменяется через слой монотонно, а ток течет только перпендикулярно направлению максимума вариации магнитного поля; поворот поля через слой происходит на всей толщине магнитопаузы. б) напряженность магнитного поля имеет минимум в центре слоя; в минимуме ток течет в основном перпендикулярно направлению максимума вариации магнитного поля; слева и справа от минимума ток в поперечном направлении ослабевает; при этом появляются продольные токи, которые противоположно направлены с двух сторон минимума; основной поворот поля через слой происходит в минимуме на масштабах в 2-3 раза меньших толщины магнитопаузы.

4. Мощность флуктуаций магнитного поля вблизи магнитопаузы увеличивается c уменьшением толщины магнитопаузы во всем наблюдаемом диапазоне частот (от ионно-циклотронной до нижнегибридной частоты). Мощность флуктуаций в касательных к магнитопаузе компонентах поля больше, чем в нормальной компоненте.

5. Вероятным механизмом переноса протонов в магнитосферу через тонкую магнитопаузу (один гирорадиус протона магнитослоя) является взаимодействие волна-частица вблизи нижнегибридной частоты.

Наблюдаемые амплитуды флуктуаций магнитного поля и плотности тока могут привести к коэффициенту диффузии около 5.0x108 м2/c, что на два порядка больше квазилинейной оценки.

6. Вероятным механизмом переноса протонов из магнитослоя в магнитосферу через толстую магнитопаузу является взаимодействие волна-частица вблизи ионно-циклотронной частоты. Наблюдаемые амплитуды флуктуаций магнитного поля и плотности тока могут привести к коэффициенту диффузии около 2.0x106 м2/c, что на два порядка больше квазилинейной оценки.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах в российских и зарубежных реферируемых журналах:

1. Panov, E.V., Bchner, J., Frnz, M., Korth, A., Khotyaintsev, Y., Nikutowski, B., Savin, S.P., Fornaon, K.-H., Dandouras, I., Rme, H. CLUSTER spacecraft observation of a thin current sheet at the Earth's magnetopause. Adv.

Space Res. (2005), V. 37, PP. 1363-1372, doi:10.1016/j.asr.2005.08.024.

2. Panov, E.V., Bchner, J., Frnz, M., Korth, A., Savin, S.P., Fornaon, K.-H., Dandouras, I., Rme, H. CLUSTER observation of collisionless transport at the magnetopause. Geophys. Res. Lett. (2006), V. 33, PP. L15109(1-5), doi:10.1029/2006GL026556.

3. Е.В. Панов, С.П. Савин, Й. Бюхнер, А. Корт О толщине токового слоя внешней границы магнитосферы по данным четырех спутников CLUSTER. Косм. исслед. (2007), Т.45, С. 284-288.

Автор диссертации принимал участие в слудующих работах на другие темы:

1. Panov, E.V., Amossov, S.A. Estimation of the guarantee fund sufficiency for the derivatives exchange, Derivatives Use, Trading & Regulation (2005) V. 10, PP. 361-372.

2. Savin, S., Zelenyi, L., Amata, E., Buechner, J., Blecki, J., Greco, A., Klimov, S., Lopez, R.E., Nikutowski, B., Panov, E.V., Pickett, J., Rauch, J.L., Romanov, S., Song, P., Skalsky, A., Smirnov, V., Taktakishvili, A., Veltry, P., Zimbardo, G. Magnetosheath interaction with high latitude magnetopause:

Dynamic flow chaotization Pl. Space Sci. (2005) V. 53, P. 133-140, doi.

10.1016/j.pss.2004.09.3. Savin, S., Skalsky, A., Zelenyi, L., Avanov, L., Borodkova, N., Klimov, S., Lutsenko, V., Panov, E.V., Romanov, S., Smirnov, V., Yermolaev, Y., Song, P., Amata, E., Consolini, G., Fritz, T.A., Buechner, J., Nikutowski, B., Blecki, J., Farrugia, C., Maynard, N., Pickett, J., Sauvaud, J.A., Rauch, J.L., Trotignon, J.G., Khotyaintsev, Y., Stasiewicz, K. Magnetosheath Interaction with the High Latitude Magnetopause Surv. Geophys. (2005) V. 26, P. 95-133, doi.

10.1007/s10712-005-1874-4. Savin, S., Amata, E., Andre, M., Dunlop, M., Khotyaintsev, Y., Decreau, P.M.E., Rauch, J.L., Trotignon, J.G., Buechner, J., Nikutowski, B., Blecki, J, Skalsky, A., Romanov, S., Zelenyi, L., Buckley, A.M., Carozzi, T.D., Gough, M.P., Song, P., Reme, H., Volosevich, A., Alleyne, H., Panov, E.V.

Experimental study of nonlinear interaction of plasma flow with charged thin current sheets: 2. Hall dynamics, mass and momentum transfer. Nonlin.

Process. Geophys. (2006) V. 13, P. 377-392.

5. Kuznetsov, E.A., Savin, S.P., Amata, E., Dunlop, M., Khotyaintsev, Y., Zelenyi, L.M., Panov, E.V., Bchner, J., Romanov, S.A., Blecki, J., Rauch J.L., Nikutowski, B. Strong space plasma magnetic barriers and Alfvnic collapse J. Exp. Theor. Phys. Lett. (2007) V.85, P. 288-293.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»