Наблюдения пучков ускоренных ионов в пограничной области плазменного слоя по данным Cluster. Григоренко Е.Е. 1, M Hoshino 2, J.-A. Sauvaud 3, Л.М. Зеленый 1. 1 Институт Космических исследований, РАН, Москва 2 University of Tokyo, Japan 3 CESR, Toulouse, France

Outline: General Introduction General Introduction Ion beam observations Ion beam observations Mechanisms of acceleration Mechanisms of acceleration Some experimental confirmation of theory predictions. Some experimental confirmation of theory predictions. Observations of multiple source acceleration Observations of multiple source acceleration Signatures of two mechanisms of ion beam acceleration (Cluster and Geotail observations) Signatures of two mechanisms of ion beam acceleration (Cluster and Geotail observations)

PSBL Один источник ускорения или несколько? Квазистационарное или транзиентное ускорение? ~ -20 R E Важные вопросы:

Один из примеров наблюдения пучка ускоренных ионов на Cluster

Дисперсия ионов по энергиям определяется времяпролетным эффектом (за счет E x B конвекции) Дисперсия ионов по энергиям определяется времяпролетным эффектом + эффектом места рождения W(X) (Bosqued et al.,1987; Zelenyi et al., 1990; Sauvaud and Kovrazhkin, 2004) Sauvaud and Kovrazhkin, 2004; Keiling et al., 2004)

Двухпиковые ионные распределения в хвосте. Данные Cluster Положение Cluster: [-18; 0; -4]R E (GSE); AE~200nT

Положение Cluster: [-16; 3; 6]R E (GSE); AE

Резонансная теория предсказывает зависимость скорости (V|| N ) ионов от номера N соответствующего резонанса: V N ~N 2/3 Для проверки этого закона мы использовали 100 случаев наблюдения двухпиковых распределений V1-скорость низкоскоростного пучка; V2-скорость высокоскоростного пучка V1/V2=C[N/N+2] 2/3, где N=1,..10 (номер резонанса); C=700km/s (соответствует средней скорости низкоскоростных пучков) V1/V2 = F(V1) = V1/C[(V1/C) 3/2 +2] 2/3 (черная толстая линия) Ионы, формирующие двухпиковые распределения, были ускорены только в четных (или только в нечетных резонансах) V1/V2=C[N/N+2] 2/3

Иногда многоточечные измерения позволяют разделить пространственный и временной эффекты в наблюдении плазменных структур и оценить их характерные временные масштабы и длительности

Наблюдения «долгоживущего» бимлета. outermost beamlet outermost beamlet outermost beamlet outermost beamlet at [-16,11.9,-1.6] GSE Re

На границе PSBL максимум f(V||) соответствует одному и тому же значению скорости V|| в течение по крайней мере 17мин. Т.о. минимальная длительность бимлета составляет: ΔT~17мин. Благодаря флэппингу, Cluster пересекает границу PSBL с лобами несколько раз

Изменение скорости холодной плазмы, находящейся в лобах, служит индикатором движения границы PSBL при прохождении по ней возмущения (Sergeev et al., 2003; Sauvaud et al., 2004). Z=Vzdt – Z-координата границы PSBL вдоль нормали (N) к плоскости PSBL Если при пересечении границы PSBL мы наблюдаем одну и ту же V|| ионов бимлета, мы можем оценить размер ΔZ этого бимлета (движущегося вдоль границы PSBL с лобами)

75 бимлетов, наблюдавшихся в течение нескольких пересечений PSBL были проанализированы Эти события наблюдались при разных уровнях геомагнитной активности. Тенденция уменьшения размера бимлета ΔZ с увеличением его V|| наблюдается для спокойных геомагнитных периодов. Это согласуется с результатами моделирования (Ashour-Abdalla et al., 1993), которое показало, что бимлеты становятся тоньше в направлении Z при увеличении их скоростей вдоль магнитного поля.

Заключение Для спокойных геомагнитных периодов экспериментально установлен факт ускорения ионных пучков в двух одновременно функционирующих резонансных источниках. Статистически подтверждено выполнение зависимости скорости ионного пучка от номера ускорившего его резонанса: V N ~ N 2/3.