РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОНОВ В ТОНКИХ ТОКОВЫХ СЛОЯХ Л.М. Зеленый, А.В. Артемьев, А.А. Петрукович ИКИ РАН ОФН-15, ИКИ 2011 Cluster mission Interball-tail

Тонкие токовые слои Профиль плотности тока соответствует профилю из модели ТТС ( Zelenyi et al. 2004, доклад Х.В. Маловой ) Artemyev et al Cluster mission Runov et al Nakamura et al Runov et al. 2006

Вложенность ТТС Распределения соотношений B 0 /B ext и n in /n out для статистики из 43 пересечений ТТС ~0.4 ~1.2 Cluster mission B x /B max Модель ТС Харриса наблюдения Artemyev et al Меры вложенности b e =B ext /B 0 n in /n out =b e 2 /(b e 2 -1) b e =3 n in /n out =1.1 b e =2 n in /n out =1.3 Относительно хорошо изучена общая структура ТТС (профили плотности тока, вложенность) и ионная составляющая ТТС (функция распределения, пролётные и захваченные траектории и т.д.) О структуре электронной компоненты ТТС известно гораздо меньше!

Профили температуры (2T +T II )/3 электронов Температура электронов (С2) как функция магнитного поля для четырёх пересечений ТТС Cluster mission Interball-tail Температура электронов падает при удалении от нейтральной плоскости! энергия электронов (Interball) как функция магнитного поля как функция магнитного поля для двух пересечений ТТС для двух пересечений ТТС

Температура электронов Рост температуры электронов вместе с ростом B z z x Силовые линии магнитного поля z, B x TeTe 0 TeTe x Lyons 1982 Tverskoy 1972 Для частиц с далёкими точками отражения

Нагрев электронов за счёт конвекции в 2D геометрии ( / x0) z x конвекция BzBz x Параметры токового слоя в точке наблюдения Толщина токового слоя b e =B ext /B 0 b n =B z /B 0 Тверской 1972, Зелёный и др Нагрев электронов в ходе конвекции за счёт сохранения инвариантов движения

Нагрев электронов за счёт конвекции в 2D геометрии ( / x0)Инварианты Электроны с далёкими точками отражения Электроны, дрейфующие к Земле в нейтральной плоскости

Теоретические профили температуры электронов

Наблюдаемые профили температуры электронов в токовых слоях Температура электронов Температура электронов как функция магнитного поля для четырёх пересечений ТТС Температура электронов падает с удалением от нейтральной плоскости! Данные спутниковых измерений (Cluster 2) Профили, полученные в рамках модели адиабатического нагрева электронов

Параметры экспериментальных профилей температуры электронов Статистика: 62 пересечения ТТС за 2001, 2002 и 2004 года Аппроксимация экспериментальных данных

Продольные масштабы ТТС Распределение продольных масштабов L x. Большинство наблюдаемых ТТС обладает L x в диапазоне от 5 до 20 радиусов Земли. Приравнивая коэффициенты T из наблюдений и модели, можно получить оценку на продольные масштабы L x ТТС в хвосте магнитосферы Земли.

Соотношение масштабов ТТС Распределение отношения продольного и поперечного масштабов Для большинства ТТС отношение L x /L~25 отношение L x /L~25

Соотношение масштабов ТТС Если =1,то весь продольный силовой баланс в ТС поддерживается градиентами вдоль x (Schindler 1972, Lembege and Pellat 1982). Для >1 часть баланса обеспечено инерцией ионов на пролётных траекториях (Burkhart and Chen 1993) =b n L x /L z z x x 1D ТТС c >1 2D ТС c =1 эффекты негиротропности

Эффекты вложенности ТТС Продольный инвариант, как функционал плотности тока Плотность тока для вложенного ТТС Два управляющих параметра и

Наблюдение вложенных ТТС Два наклона в профиле температуры

Выводы: Динамика адиабатических электронов в токовых слоях существенно зависит от градиента B z (x)/x Модель адиабатического нагрева электронов в ходе конвекции позволяет описать наблюдаемое плавное падение температуры T e при удалении от нейтральной плоскости (B x ~0) Сопоставление модели и данных наблюдения позволяет определить продольный масштаб L x ~(lnB z /x) -1 : 5 R E 25 ~5 Учёт вложенности позволяет определить проявление двойного масштаба в распределении температуры T e