Об энергетическом распределении надтепловых ионов во внешнем солнечном ветре Х.Й.Фар, И.В.Чашей, Д.Вершарен

Измерения показывают, что распределение по скоростям надтепловых (более энергичных, чем подхваченные) протонов солнечного ветра имеет степенной вид с показателем степени около 5. Л.Фиском и Г.Глоклером (L.Fisk, G.Gloeckler) для интерпретации надтеплового хвоста предложена модель, согласно которой степенное распределение формируется локально при взаимодействии подхваченных частиц (энергии порядка 1 кэв) с магнитозвуковой турбулентностью, причем близкий к наблюдаемому степенной спектр может быть найден из автомодельной теории. Нами проведено сравнение характерных скоростей диффузионных и транспортных процессов, которое показывает, что для соответствующих надтепловому хвосту скоростей протонов взаимодействие с турбулентными флуктуациями является неэффективным. Предложена модель, в которой надтепловой хвост формируется не подхваченными протонами, а частицами аномальных космических лучей (энергии порядка 100 кэв), которые после рассеяния на неоднородностях солнечного ветра выносятся потоком замагниченной плазмы и при этом теряют энергию. В рамках предложенной модели также удается объяснить существование степенного распределения протонов по скоростям, которое имеет показатель степени около 4 и находится в достаточно хорошем согласии с данными КА VOYAGER-1. Абстракт

Функция распределения протонов во внешнем солнечном ветре

Соображения размерности Фиск и Глоклер: S f = T f ( T / t) T / t T T (T u ( f/f)) T S f = const T 2 f = const f T -2 f(v) v -5 1.Только одна размерная величина, T ( f T -1 ) 2.Внешний параметр u Колмогоров: S k = (kE k ) / k k = (kv k ) -1 v k = (kE k ) 1/2 S = const k 5/2 E k 3/2 = const E k k - 5/3 Если k = (kU) -1 E k k - 2

Относительная эффективность диффузионных и транспортных процессов f t + V SW r – (v/3) f v div V SW = v -2 v (v 2 D vv f) + Q(r,v) + S(r,v) D vv = v A 2 (k 0 / k res ) -1, k res = / v, = / B 2 t conv = r / V SW, t dif = v 2 / D vv, (r,v) = t conv / t dif (r / 1AU) -2/3 (v / V SW ) -7/3 при = 5/3 Квазилинейное взаимодействие частиц с турбулентностью неэффективно.

Подхваченные ионы : распределение с учетом магнитного охлаждения Магнитное охлаждение (r > 5 а.е., азимутальное магнитное поле): v = V SW r 0 / r - инжекция со скоростью v = V SW (Т 1 кэв) при r 0 < r Кинетическое уравнение Больцмана-Власова в системе СВ: f t + v –2 v (v 2 v m ´f ) = P (r,v), v m ´= - V SW v / r Функция распределения f (v) = r b 0 ( r 0 = r v / V SW ) (r v / V SW ) -2 (2 V SW v 3 ) -1, b 0 (r 0 ) – локальная скорость инжекции, для ПИ b 0 ( r 0 ) const f (v) v -5 !!! Справедливо при v < V SW

АКЛ : распределение с учетом магнитного охлаждения АКЛ: инжекция при v = V IN > V SW (Т 50 кэв) при r 0 < r Функция распределения f (v) = r Q 0 ( r 0 = r v / V IN ) (r v / V IN ) -2 (2 V IN v 3 ) -1, Q 0 (r 0 ) – локальная скорость инжекции. Для ионов АКЛ Q 0 (r 0 ) r 0 f (v) v -4

Наблюдательные данные Voyager 1 (до пересечения TS), в канале около 40 кэв показатель степени ближе к V = 4, чем к V = 5.

Выводы Предположение об инжекции частиц в области энергий около 50 кэв позволяет объяснить наблюдаемый надтепловой хвост в энергетическом распределении протонов внешнего солнечного ветра.