Investigation of the effect of intermittency of the turbulent field on particle acceleration in the plasma sheet of the Earth's magnetotail

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Using a numerical model, the influence of intermittency on the acceleration of particles in the equatorial plane of the Earth's magnetotail was studied. For comparison with observational data, we selected the event of July 17, 2001, when plasma flows with velocities of up to 400 km/s and an amplitude of the turbulent magnetic field of the order of ten nT were observed in the plasma layer of the magnetotail for more than 10 minutes. Modeling of the electromagnetic field is carried out using a superposition of wavelets, which are distributed uniformly throughout the computational domain. By means of a special distribution of amplitudes, we ensure that the resulting field is multifractal and intermittent. It is shown that when accelerated in an intermittent field, the energy spectra of particles rise and flatten, which means that particles are able to gain more energy than when accelerated in a turbulent plasma layer without taking into account intermittency.

全文:

受限制的访问

作者简介

N. Levashov

Space Research Institute

编辑信件的主要联系方式.
Email: nn.levashov@physics.msu.ru
俄罗斯联邦, Moscow

V. Popov

Space Research Institute; Lomonosov Moscow State University; HSE University

Email: nn.levashov@physics.msu.ru

Lomonosov Moscow State University, Physical Faculty

俄罗斯联邦, Moscow; Moscow; Moscow

H. Malova

Space Research Institute; Lomonosov Moscow State University

Email: nn.levashov@physics.msu.ru

Scobeltsyn Institute of Nuclear Physics of the Lomonosov Moscow State University

俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

L. Zelenyi

Space Research Institute

Email: nn.levashov@physics.msu.ru
俄罗斯联邦, Moscow

参考

  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

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Magnetic field fluctuations during the substorm of 17.VII.2001

下载 (176KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Distribution of weighting coefficients by cells

下载 (180KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Multifractal spectrum function

下载 (49KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Component Bz of the simulated field along the X axis for intermittent and non-intermittent cases

下载 (230KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Dependence of structural function indicators on the degree

下载 (137KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Energy distribution of protons (a), alpha particles (b) and oxygen ions (c) after 500 s of acceleration in a turbulent field. The black solid lines show the initial energy distributions. The blue dashed and red dotted lines indicate, respectively, non-intermittent and intermittent turbulence.

下载 (384KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025