Институт Лазерной Физики Отдел Лазерной Плазмы Новосибирск, СО РАН Лабораторное моделирование продольных токов в экспериментах по обтеканию диполя лазерной плазмой Программа моделирования солнечно-земных процессов с помощью облаков лазерной плазмы и дипольного магнитного поля Пономаренко А.Г., Антонов В.М., Бояринцев Э.Л., Захаров Ю.П., Посух В.Г., Мелехов В.М., Вшивков К.А. Шайхисламов И.Ф.

Magnetic moment μ=210 7 Gauss*cm 3 Laser pulses 400 J in 50 ns Plasma parameters: [M i ]=5.6; [Z i ]=2.5, velocity 150 km/s, total energy 40 J в in ~1 radian, total number of ions , plasma flow duration ~2 µs Схема установки target magnetic dipole

– laser beams; 2 – target; 4 – magnetic dipole; 5 – probes. Also schematically are shown laser-produced plasma (3) and field aligned currents (6, large arrows). Thin lines mark magnetic field lines and plasma streamlines.

Статические и мгновенные фотографии взаимодействия потока плазмы с магнитным диполем в экваториальной и меридиональной плоскостях. Можно видеть плазменную мишень, пятна свечения на полюсах диполя, магнитопаузу и каспы.

Процессы в полярных областях и продольные токи (FAC) Мгновенные и статические снимки полярных областей диполя. Выделяется пара пятен свечения на утренней и вечерней сторонах. Пятна имеют сложную морфологию и динамику, увеличиваясь и смещаясь в ходе взаимодействия как по широте, так и по долготе. I

Основная токовая система, наблюдаемая в эксперименте - Токи Чепмена-Ферраро - Магнитопауза и каспы - Структура переходного слоя Продольные токи (FAC) Токи зоны 1 на дневной стороне, протекающие в направлении утро-вечер. На утренней стороне переносятся электронами, ускоренными вверх из ионосферы перепадом потенциала. В эксперименте в областях втекания и вытекания в ионосферу порождают пятна характерного свечения. Наблюдаются всегда, если поверхность диполя проводящая. В лаборатории также наблюдались на установке UCR-T1 (IGPP, Un. Of Cal.) На КИ-1 впервые проведены комплексные измерения полного продольного тока, его локальные характеристики, магнитные поля и связь с динамикой плазменного потока

Зависимости от величины момента диполя Обнаружен скейлинг Чепмена Ферраро ~μ 1/3 для положения магнитопаузы и интегральной величины FAC. Сравнение результатов с проводящей и диэлектрической поверхностью диполя - Моделирует наличие или отсутствие ионосферы. - Позволяет выявить вклад FAC в магнитосферное поле.

Локальные измерения продольного тока Измерение локального тока подтверждает: 1) Продольный ток в эксперименте имеет такое же направление как токи зоны-1 на Земле. 2) Ток сильно неоднороден по сечению и протекает по отдельным интенсивным каналам.

Измерения с проводящим и непроводящим диполем Позволили выявить характерные детали магнитных возмущений, создаваемых продольными токами и обнаружить их связь с электрическим потенциалом, наводимым в экваториальной части магнитопаузы.

Продольные токи в магнитосфере Меркурия RmRmRmRmμP (P μ) 1/3 J Ch-F J FAC ΔB polar B FAC Earth 10 R E ~310 6 (1-5) Mercury 1.5 R M ~ ~10 6 ?50 Lab (1-3) R d ~810 3 ~310 3 (2-4) Предположительно, продольные токи на Меркурии могут заметно увеличить магнитное поле на полюсах и ослабить его на экваторе, что повлияет на интерпретацию спутниковых измерений дипольного момента. Характерное магнитное возмущение от продольных токов было зарегистрировано при пролете Mariner 10-I в хвосте Меркурия [Slavin 1997 ]. Наземные наблюдения экзосферы Меркурия обнаружили существование на высоких широтах пятен спорадического поверхностного свечения [Potter 1985, Sprague 1990]. Все это указывает на возможность крупно-масштабной системы FAC, но механизм замыкания токов на поверхности Меркурия остается загадочным [Baumjohanna 2006]. Магнитное возмущение от FAC в полярных областях имеет скейлинг