Исследование влияния перемежаемости турбулентного поля на ускорение частиц в плазменном слое хвоста магнитосферы Земли

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В рамках численной модели исследовано влияние перемежаемости на ускорение частиц в экваториальной плоскости хвоста магнитосферы Земли. Для сопоставления с данными наблюдений выбрано событие 17.VII.2001, когда в плазменном слое хвоста магнитосферы более 10 мин наблюдалась потоки плазмы со скоростями до 400 км/c и амплитудой турбулентного магнитного поля порядка 10 нТл. Моделирование электромагнитного поля осуществлено при помощи суперпозиции вейвлетов, которые распределяются равномерно по всей вычислительной области. Специальным распределением амплитуд удается достичь того, чтобы результирующее поле было мультифрактальным и перемежаемым. Показано, что при ускорении в перемежаемом поле энергетические спектры частиц поднимаются и выполаживаются, – это значит, что частицы способны набрать больше энергии, чем при ускорении в турбулентном плазменном слое без учета перемежаемости.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Н. Левашов

Институт космических исследований РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: nn.levashov@physics.msu.ru
Россия, Москва

В. Ю. Попов

Институт космических исследований РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”

Email: nn.levashov@physics.msu.ru

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет

Россия, Москва; Москва; Москва

Х. В. Малова

Институт космических исследований РАН; МГУ имени М.В. Ломоносова

Email: nn.levashov@physics.msu.ru

Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В. Ломоносова

Россия, Москва; Москва

Л. М. Зеленый

Институт космических исследований РАН

Email: nn.levashov@physics.msu.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Ковтюх А.С. Геокорона горячей плазмы // Косм. исслед. 2001. Т. 39. № 6. С. 563–596.
  2. Grigorenko E.E., Hoshino M., Hirai M. et al. ‘‘Geography’’ of ion acceleration in the magnetotail: X-line versus current sheet effects // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. Iss. A3. A03203. https://doi.org/10.1029/2008JA013811
  3. Kronberg E.A., Grigorenko E.E., Turner D.L. et al. Comparing and contrasting dispersionless injections at geosynchronous orbit during a substorm event // J. Geophys. Res. 2017. V. 122. P. 3055–3072.https://doi.org/10.1002/2016JA023551
  4. Schodel R., Baumjohann W., Nakamura R. et al. Rapid flux transport in the central plasma sheet // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 301–313.
  5. Vörös Z., Baumjohann W., Nakamura R. et al. Multi-scale magnetic field intermittence in the plasma sheet // Annales Geophysicae. 2004. V. 21. P. 1955–1964.https://doi.org/10.5194/angeo-21-1955-2003
  6. Zelenyi L.M., Rybalko S.D., Artemyev A.V. et al. Charged particle acceleration by intermittent electromagnetic turbulence // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38. Iss. 17.Art. ID. L17110.
  7. Левашов Н.Н., Попов В.Ю., Малова Х.В. и др. Моделирование турбулентности с перемежаемостью в космической плазме // Косм. исслед. 2022. Т. 60. № 1. С. 11–16. https://doi.org/10.31857/S0023420622010083
  8. Левашов Н.Н., Попов В.Ю., Малова Х.В. и др. Исследование процессов ускорения заряженных частиц в турбулентной космической плазме с перемежаемостью // Ученые записки физического факультета Московского Университета. 2021. № 4. C. 1–6.
  9. Frisch U. Turbulence: The Legacy of A. N. Kolmogorov. Cambridge: Cambridge University Press, 1995.
  10. Volwerk M., Baumjohann W., Glassmeier K. et al. Compressional waves in the Earth’s neutral sheet // Annales Geophysicae. 2004. V. 22. P. 303–315.https://doi.org/10.5194/angeo-22-303-2004
  11. Lui A. Multifractal and intermittent nature of substorm-associated magnetic turbulence in the magnetotail // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2001. V. 63. Iss. 13. P. 1379–1385.
  12. Левашов Н.Н., Попов В.Ю., Малова Х.В. и др. Моделирование мультифрактального турбулентного электромагнитного поля в космической плазме // Косм. исслед. 2023. Т. 61. № 2. С. 1–8.https://doi.org/10.31857/S0023420622100089
  13. Павлов А.Н., Анищенко В.С. Мультифрактальный анализ сигналов на основе вейвлетпреобразования // Известия Саратовского университета. 2007. Т. 7. № 1. С. 3–25.
  14. Божокин С.В., Паршин Д.А. Фракталы и мультифракталы. Ижевск: НИЦ Регулярная и хаотическая динамика, 2001.
  15. Короленко П.В., Маганова М.С., Меснянкин А.В. Новационные методы анализа стохастических процессов и структур в оптике. Москва: НИИЯФ МГУ, 2004.
  16. Keith D.W., Pettit C.L., Vecherin S.N. Wavelet-based cascade model for intermittent structure in terrestrial environments // Data Analysis, Statistics and Probability. 2013. https://arxiv.org/abs/1312.5649
  17. Федер Е. Фракталы. Москва: Мир, 1991.
  18. Будаев В.П., Савин С.П., Зелёный Л.М. Наблюдения перемежаемости и обобщенного самоподобия в турбулентных пограничных слоях лабораторной и магнитосферной плазмы: на пути к определению количественных характеристик переноса // Успехи физических наук. 2011. Т. 181. № 9. С. 905–952.
  19. Зеленый Л.М., Зогин Д.В. Структура плазменного слоя магнитосферного хвоста Земли в экваториальной плоскости. Квазиадиабатическая модель // Физика космической плазмы: сб. тр. Киев: Наукова Думка, 1993.
  20. El-Alaoui M., Walker R., Weygand J. et al. Magnetohydrodynamic Turbulence in the Earth’s Magnetotail from Observations and Global MHD Simulations // Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 2021. V. 8. Art.ID. 620519. https://doi.org/10.3389/fspas.2021.620519
  21. Borovsky J., Funsten H. MHD turbulence in the Earth’s plasma sheet: Dynamics, dissipation, and driving // J. Geophysical Research. 2003. V. 108. Iss. A7. 1284. https://doi.org/10.1029/2002JA009625

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Флуктуации магнитного поля во время суббури 17.VII.2001

Скачать (176KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение весовых коэффициентов по ячейкам

Скачать (180KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Функция мультифрактального спектра

Скачать (49KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Компонента Bz моделируемого поля вдоль оси X для перемежаемого и неперемежаемого случаев

Скачать (230KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость показателей структурной функции от степени

Скачать (137KB)
Метаданные
7. Рис.6. Распределение по энергиям протонов (а), альфа-частиц (б) и ионов кислорода (в) после 500 с ускорения в турбулентном поле. Черными сплошными линиями показаны начальные распределения по энергиям. Синие штриховые и красные пунктирные линии обозначают, соответственно, неперемежаемую и перемежаемую турбулентность

Скачать (384KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025