Перенос в магнитосфере Земли и особенности процессов во время магнитосферной суббури Е.Е.Антонова 2,1, И.П. Кирпичев 1,2, Ю.И. Ермолаев 2,1, М.В. Степанова. - презентация

1 Перенос в магнитосфере Земли и особенности процессов во время магнитосферной суббури Е.Е.Антонова 2,1, И.П. Кирпичев 1,2, Ю.И. Ермолаев 2,1, М.В. Степанова 3, И.Л. Овчинников 1, К.Г. Орлова 1, С.С. Знаткова 1,2, В.В.Вовченко 2 1 НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В. Ломоносова 2 Институт Космических Исследований РАН 3 Университет Сантьяго де Чили, Чили ИКИ РАН,

2 Магнитосферная турбулентность и перенос в магнитосфере Земли (результаты последних работ) Структура токов в высокоширотной магнитосфере и их источники Магнитосферная турбулентность, разрезной кольцевой ток и локализация начала взрывной фазы магнитосферной суббури

3 При числах Рейнольдса Re>>1 формируется турбулентный след за обтекаемым препятствием. В магнитосфере Земли Re>>10 10 (Borovsky and Funsten, 2003) и постоянно наблюдается высокий уровень флуктуаций скорости, электрического и магнитного поля. ISEE-2 results [Angelopoulos et al., 1993] Interball/Tail probe results [Antonova et al., 2000, 2002]

4 Antonova et al. [2000] IMF Bz+4 Была теоретически (за 2 года) предсказана величина коэффициента вихревой диффузии.

5 Эволюция конфигурации магнитного поля при возрастании электрического поля. (а) –исходная конфигурация при Е=Е 0, (б) и (в) – при, l=0.2 в случае (б) и l=0.6 в случае (в) Теория турбулентного плазменного слоя позволяла описывать утоньшение плазменного слоя во время предварительной фазы суббури (за счет нарастания поля утро- вечер) и его утолщение во время взрывной фазы в предположении возрастания уровня флуктуаций и коэффициента вихревой диффузии.

6 Stepanova et al. [2005] Исследование изолированных суббурь и спокойных периодов (определено 598 коэффициентов вихревой диффузии в спокойное время, 30 во время предварительной фазы, 24 во время взрывной фазы и 64 во время фазы восстановления) подтвердило рост коэффициента вихревой диффузии во время суббури. Ovchinnikov et al. [2002] Показано, что коэффициент вихревой диффузии для небольших и больших суббурь может отличаться на порядок величины. Результаты исследований коэффициента квазидиффузии во время магнитсферной суббурия по данным наблюдений в проекте ИНТЕРБОЛ

7 Stepanova et al. [2009] Отбирались только события отвечающие следующим критериям: плотность плазмы 0.1–10 см 3, температура ионов T >0.3 кэВ, средняя регулярная скорость

8 Изменения коэффициентов вихревой диффузии с расстоянием от Земли для спокойных условий (q), взрывной фазы суббури (e) и фазы восстановления (r). Наблюдается рост коэффициента вихревой диффузии с увеличением геоцентрического расстояния и его резкое падения на геоцентрических расстояниях

9 Nagata et al. [2008]

10 DeMichelis et al. [1999]

11 THEMIS-A пересек резкую границу между плазмами магнитослоя и магнитосферы (MPB) в 03:57:10 UT, THEMIS-C - в 03:55:41 UT, THEMIS-D - в 03:55:40 UT, THEMIS-E - в 03:55:44 UT. THEMIS-B резкой границы не наблюдал. Пересечение магнитопаузы спутниками проекта THEMIS 22 июля 2007 г.

12 Nagata et al. (2008)

13 Результат вычислений положений минимумов магнитного поля на дневных силовых линиях и плотностей токов в предположении соблюдения условия магнитостатического равновесия ([jB]= p). Интегральный ток в магнитоспокойных условиях на геоцентрических расстояниях от 7.5 до 10 R E составляет~ A.

14 Определение величины дневного тока по результатам проекта ТЕМИС Измерения Themis-B за период Интегральный ток A.

15 Xing et al. [2009] Появилась возможность определения азимутальных градиентов давления по данным проекта ТЕМИС, которые в условиях магнитостатического равновесия поддерживают продольные токи.

16 Xing et al. [2009]

17 Ukhorskiy (private communication) Sitnov and Tsyganenko [2008]

18 Вытекающие токи Ииджимы и Потемры можно наблюдать с использованием данных авроральных имиджеров.

19 Популярная картина топологии магнитосферы содержит источник продольных токов зоны 1 Ииджимы и Потемры [Iijima and Potemra,1976] в низкоширотном погранслое. ? Такое предположение противоречит данным экспериментальных наблюдений. De Keyser et al. (2005) Картина магнитосферных токов требует изменений.

20 Angelopoulos et al. (2008) _Joint_Cluster-THEMIS_Presentations

21 Первое уярчение дуги во время изолированной суббури локализовано вблизи разрыва Харанга на экваториальном краю мультиплетных структур типа перевернутого V. Результаты, опубликованные в работе [Zou et al., 2009] подтверждают возможность реализации сценария начала взрывной фазы суббури, предложенного в работах [Antonova, 2002; Stepanova et al.,2002]. Наблюдения SuperDARN конвективных течений в 1026–1028 UT 18 Марта 2005 и наблюдений системы IMAGE уярчения дуги. Наблюдения на DMSP Локализация начала изолированной суббури Zou et al. [2009]

22 Yahnin et al. [2002]Takahashi et al. [1987]Dubyagin et al. [2003] Наблюдаемое положение начала изолированной суббри имеет место в области CRC. CRC – высокоширотная часть обычного кольцевого тока. Магнитосферная суббуря должна рассматриваться как часть динамики кольцевого тока.

23 Результаты телевизионных наблюдений с разрешением 25 кадров в секунду подтвердили существование временной задержки между первым уярчением авроральной дуги и началом магнитных возмущений. Геомагнитные пульсации в Ловозеро для события 28 января 2003 г. Горизонтальная компонента магнитного поля в Ловозеро для события 28 января 2003 г. Не наблюдалось какого-либо возмущения, которое распространялось бы к ближайшей к экватору дуге перед началом взрывной фазы изолированной суббури.

24 Выводы и результаты: На базе данных наблюдений спутника Интербол/Хвостовой зонд получено глобальное распределение коэффициента вихревой диффузии во время магнитосферных суббурь. Показано, что наблюдается рост данного коэффициента с увеличением геоцентрического расстояния. Окружающая Землю на геоцентрических расстояниях от ~7 до 10-13R E плазменная популяция имеет вид кольца, в котором а) не высок уровень турбулентности в магнитоспокойных условиях, б) поперечные токи замкнуты внутри магнитосферы и образуют высокоширотное продолжение кольцевого тока, названное разрезным кольцевым током. Гипотеза о возникновении крупномасштабных продольных токов Ииджимы и Потемры при ответвлении в ионосферу токов CRC получила экспериментальные подтверждения. Взрывная фазы изолированной суббури начинается внутри CRC в сравнительно стабильной области, что позволяет рассматривать магнитосферную суббурю как часть динамики высокоширотного продолжения кольцевого тока.

25 Благодарю за внимание

26 Распределение изолиний B=const в экваториальной плоскости, полученное в работе Fairfield (1968) привело к предположению, что линии поперечного тока при B>60 нT замыкаются токами магнитопаузы, формируя токовую систему хвоста. Stasievich (1991) Проецирование прямой линии в хвосте на ионосферные высоты дают замкнутые почти круговые линии Как появилось представление о том, что авроральный овал является проекцией плазменного слоя на ионосферные высоты? Вопрос о геометрии плазменных доменов мог быть решен только по измерениям в экваториальной плоскости.