Исследования в области физики космической плазмы и солнечно-земных связей

1. Характеристики сильно структурированного низкоширотного пограничного слоя.

Анализ функций распределения ионов в сильно структурированном низкоширотном пограничном слое (НШПС), выделенном ранее в качестве одного из двух основных типов НШПС (1) показал, что распространенное представление о том, что пограничный слой находится на открытых силовых линиях и что ввод плазмы из переходной области происходит вдоль открытой силовой трубки (FTE, или явления переноса потока) не является единственно возможным. Наблюдения ионов в НШПС в проекте Интербол с прибором СКА-1 показывают, что по крайней мере, в ряде случаев, функции распределения ионов имеют два или три компонента, два их которых движутся в противоположных направлениях относительно направления магнитного поля. Эти наблюдения свидетельствуют в пользу многократного пересоединения, концепция которого до сих пор не получила достаточного экспериментального подтверждения.




Слева: Пример функции распределения ионов в низкоширотном пограничном слое, показывающий одновременную инжекцию плазмы из переходной области в магнитосферу вдоль направления магнитного и в противоположном направлении. Горизонтальная ось соответствует скорости (км/c) вдоль магнитного поля, а вертикальная ось - скорость поперек направления магнитного поля. Красным показана наибольшая плотность частиц в пространстве скоростей, синим - наименьшая.
Справа: Объяснение наблюдаемой двусторонней инжекции плазмы при образовании спиральной магнитной трубки на границе магнитосферы при многократном пересоединении силовых линий межпланетного и магнитосферного магнитных полей.
(д.ф.-м.н., профессор О.Л. Вайсберг 333-34-56, olegv@iki.rssi.ru;
O.L.Vaisberg, L.A.Avanov, T.E.Moore, and V.N.Smirnov, Ion velocity distributions within LLBL and their possible implication to multiple reconnection. Submitted to Annale Geophysicae, 2002.

2. Структура и эволюция тонких токовых слоев в магнитосфере Земли с учетом влияния нелинейной динамики захваченных и квазизахваченных заряженных частиц.

Исследована теоретическая модель самосогласованного тонкого токового слоя (ТТС) - плазменной структуры, с помощью которой могут происходить накопление и высвобождение электромагнитной энергии в магнитосфере. Динамика таких слоев зависит от различных макро- и микро- неустойчивостей. Был рассмотрен особый, эволюционный, механизм разрушения ТТС, связанный с процессами рассеяния ионов на спейсеровских орбитах, которые пересекают нейтральный слой и поддерживают основной ток в ТТС. Рассеяние обусловлено неадиабатическим эффектом - скачками адиабатического инварианта Iz. Рассеяные частицы переходят на квазизахваченные около слоя орбиты. При этом существенного изменения характерной толщины слоя не происходит. Локальный ток квазизахваченных ионов, в силу их нелинейной динамики, направлен в центре слоя противоположно току спейсеровских частиц, в то время как полный ток равен нулю. В результате накопления рассеянной плазмы в слое может произойти существенное сокращение плотности тока в центре, т.е. деградация, или "старение", токового слоя. При этом происходит изменение эффективного параметра квазиадиабатичности, пропорционального радиусу кривизны силовых линий. Это приводит, в свою очередь, к установлению положительной обратной связи между количеством квазизахваченных частиц в слое и скоростью рассеяния в ТТС. В конечном счете, накопление большого количества рассеянной популяции ионов, приводит к нарушению равновесия системы, т.е. самосогласованные решения перестают существовать. Такой новый механизм эволюции ТТС, показанный в рамках одномерной модели, дает разумные оценки времени жизни ТТС - 20-40 минут, что сопоставимо с длительностью фазы накопления суббури. Показано также, что функции распределения ионов в ТТС демонстрируют четкое разделение областей пролетных и захваченных частиц в фазовом пространстве. Эти характерные функции распределения могут быть использованы для идентификации различных этапов "старения" ТТС в процессе экспериментальных измерений.

3. Разработана новая аналитическая модель околопланетных ударных волн.

Новая аналитическая газодинамическая модель позволяет быстро и точно предсказывать положение и форму поверхности околопланетной ударной волны для различных видов препятствий. Для случая аксиально-симметричной магнитопаузы модель проверялась путем сравнения с экспериментальными данными и результатами численных ГД расчетов в широком диапазоне чисел Маха 1 < Ms < Ґ и показателей политропы 1.15 < g < 2 набегающего потока. Модель также применима для предсказания положения ударной волны около несимметричных магнитопауз Юпитера и Сатурна. Аналитическая модель очень проста в использовании и должна помочь в исследовании разнообразных физических процессов, связанных с существованием отошедших ударных волн и протекающих вблизи различных планет.
Сформулирована и решена задача определения асимптотики конуса Маха в приближении магнитной газодинамики. Впервые получено аналитическое решение, позволяющее рассчитать асимптотическую форму конуса Маха за препятствием для любого часового угла, произвольных звукового и альвеновского чисел Маха, а также для любого угла между векторами межпланетного магнитного поля и скорости солнечного ветра. Полученное решение включает все ранее известные случаи симметричного обтекания препятствия. Исследовалась асимптотическая форма поперечного сечения быстрой ударной волны - вытянутость и сдвиг - в широком диапазоне параметров набегающего потока. При определенных условиях возможна необычная "вырубленная" ('chopped') форма сечения. Полученные результаты полезны для моделирования околопланетных ударных волн в МГД приближении, а также для проверки численных расчетов.
(д.ф.-м.н. М.И. Веригин, т. 333-32-33, verigin@iki.rssi.ru;
M. Verigin, J. Slavin, A.Szabo, T. Gombosi, G. Kotova, O. Plochova, K. Szego, M. Tatrallyay, K. Kabin, F. Shugaev, Planetary bow shocks: Gasdynamic analytic approach, subm to J. Gepohys. Res., 2002.; M. Verigin, J. Slavin, A.Szabo, G. Kotova, T. Gombosi, Planetary bow shocks: Asymptotic MHD Mach cones, submitted to Earth, Planets and Space, 2002.)

4. Положение и форма околоземной ударной волны по данным спутников Прогноз, Прогноз 2, 4 - 6, 9, Интербол 1 (1972 - 1999)

Создана единая база данных по пересечениям околоземной ударной волны спутниками Прогноз, Прогноз 2, 4 - 6, 9, Интербол 1 (1972 - 1999). Для изучения вариаций положения и формы околоземной ударной волны в зависимости от динамического давления солнечного ветра, от звукового и альвеновского чисел Маха, от угла между направлениями векторов межпланетного магнитного поля и скорости солнечного ветра использовалась недавно разработанная аналитическая полуэмпирическая модель ударной волны. В основном были подтверждены предсказания теории и ранее полученные экспериментальные результаты. В частности, подтверждено, что когда направление межпланетного магнитного поля практически параллельно скорости солнечного ветра при уменьшении альвеновского числа Маха ударная волна в подсолнечной области приближается к Земле, тогда как на флангах удаляется от Земли. В остальных случаях околоземная ударная волна везде удаляется от планеты при уменьшении Альвеновского и звукового чисел Маха в соответствии с общепринятыми представлениями. Подтверждено также, что сечение околоземной ударной волны плоскостью терминатора асимметрично только при значительном различии магнитозвуковой скорости и максимальной из альвеновской и звуковой скоростей в потоке солнечного ветра. Эффект пропадает при малом различии вышеупомянутых скоростей и при течении солнечного ветра вдоль межпланетного магнитного поля. По данным спутников серии "Прогноз" впервые по экспериментальным данным показано, что при фиксированных числах Маха и давлении солнечного ветра ударная волна расположена ближе к препятствию при течении солнечного ветра вдоль межпланетного магнитного поля. Эффект особенно отчетливо наблюдается при малых альвеновских числах Маха. Таким образом, только изменение угла между направлениями межпланетного магнитного поля и потока плазмы, без изменений динамического давления солнечного ветра или чисел Маха, приводит к изменению положения околопланетной ударной волны и тем самым наблюдению многократных пересечений ударной волны.
(к.ф.-м.н. Г.А. Котова, т. 333-32-89, e-mail: kotova@iki.rssi.ru;
G. Kotova, M. Verigin, G. Zastenker, N. Nikolaeva, B. Smolkin, J. Slavin, A. Szabo, J. Merka, Z. Nemechek, J. Safrankova, Bow shock observations by Prognoz - Prognoz 11 data. Analysis and model comparison, 2002/34-th COSPAR Scientific Assembly, TX, USA 10-19 October 2002, p. 168, 170 (submitted to Adv. Space Res., 2002).)

5. Проверка точности эмпирических моделей магнитопаузы по данным спутника Интербол-1.

Проведена оценка точности 3-х эмпирических моделей магнитопаузы Petrinec and Russell, 1996; Shue et al, 1997; 1998 по полному набору данных спутника ИНТЕРБОЛ-1 за период 1995-1997 г., и выполнен сравнительный анализ полученных распределений.
Показано, что разные версии моделей дают похожие результаты: примерно 50% всех событий имеют отклонения от модельного положения на величину более 1RE. В отдельных случаях отклонение измеренного положения границы магнитосферы от модельного предсказания для всех трех рассматриваемых моделей может достигать 5-6RE, причем чаще реальная граница оказывается ближе к Земле, чем по расчетам из моделей. Наилучшей моделью является модель Shue et al., 1998, но отличия ее от других не являются значительными.
(к.ф-м.н Н.С. Николаева, 333-50-66, nikolae@iki.rssi.ru;
Николаева Н., Г.Застенкер, Н.Бородкова, Проверка точности эмпирических моделей магнитопаузы по данным спутника ИНТЕРБОЛ-1, Космич.Исслед. Том 40, номер 4, стр.349,2002.

6. Исследование свойств солнечного ветра и его взаимодействия с магнитосферой.

Продолжено исследование вариаций плазмы и поля в магнитослое:
По этому направлению был проведен детальный статистический анализ радиальных профилей распределения поперек магнитослоя потоков ионов и модуля магнитного поля и амплитуд их абсолютных и относительных низкочастотных и высокочастотных вариаций по данным спутника ИНТЕРБОЛ-1. На большой статистике показано, что а) амплитуда высокочастотных вариаций плотности плазмы примерно постоянна во всем магнитослое, а амплитуда вариаций поля падает от магнитопаузы к ударной волне; б) амплитуда вариаций и плазмы и магнитного поля в магнитослое значительно возрастает, если поток солнечного ветра входит в магнитослой через квази-параллельную ударную волну.
Изучение модификации солнечного ветра в форшоке:
Совместно с В.Н. Смирновым и Л.А. Авановым был выполнен детальный анализ нескольких случаев одновременного наблюдения на спутнике ИНТЕРБОЛ-1 быстрых (с периодом несколько секунд) квазигармонических вариаций потока ионов солнечного ветра и магнитного поля в форшоке и трехмерных функций распределения ионов. Обнаружено, что возбуждение указанных колебаний поля и потока тесно связано с появлением четко выраженных пучков отраженных ионов. Продолжено событийное и статистическое изучение свойств резких и больших скачков потока ионов (плотности) солнечного ветра:
Проведено систематическое сопоставление нескольких десятков случаев наблюдений быстрых скачков потока ионов солнечного ветра на нескольких космических аппаратах (ИНТЕРБОЛ-1,WIND, IMP 8, Geotail) и проведено определение ориентации фронтов резких скачков потока ионов. Впервые показано, что около половины фронтов больших скачков потока (и, соответственно, динамического давления солнечного ветра) имеют сильный (более 30 град.) наклон к линии Солнце-Земля. Это обстоятельство может быть существенным для кратковременных предсказаний Космической Погоды. Анализ воздействия резких вариаций плазмы солнечного ветра на магнитосферу:
Продолжено сопоставление отдельных больших скачков потока ионов и динамического давления солнечного ветра, зарегистрированных на спутнике ИНТЕРБОЛ-1, с возмущениями магнитного поля на геостационарной орбите по данным спутников GOES-8,9, а также с возмущениями геомагнитного поля по данным широтных и долготных цепочек наземных магнитных станций (главным образом, в высоких широтах). Проведено (пока для одного события) сопоставление динамики возмущений давления солнечного ветра с развитием геомагнитных вариаций в диапазоне низких частот по двум меридиональным цепочкам наземных станций и показана обусловленность их амплитудно-частотных характеристик вариациями межпланетных параметров.

7. Солнечные и межпланетные источники геомагнитных возмущений в период 1976-2000 г.

В рамках решения задач программы "Космическая погода" проанализированы 25-летние ряды наблюдений солнечного рентгеновского излучения, измерений параметров плазмы и магнитного поля солнечного ветра и вариаций Dst индекса с целью выявления факторов, оказывающих наибольшее влияние на развитие магнитосферных бурь. Корреляция между сильными солнечными вспышками и бурями практически не превышает уровня корреляции случайных процессов. В частности, не обнаружено связи между классом вспышки и минимумом Dst индекса для бурь, которые по времени запаздывания могли быть связаны с рассматриваемыми вспышками. Выбросы корональной массы (СМЕ, данные об этих явлениях охватывают небольшой промежуток времени) лишь в половине случаев приводят к бурям с Dst < -60 нТ. Наиболее геоэффективными межпланетными явлениями являются магнитные облака (МС), которые, как многие полагают, являются межпланетными проявлениями выбросов корональной массы (СМЕ), и сжатия в области взаимодействия разноскоростных потоков солнечного ветра (CIR): в среднем около 2/3 всех наблюдаемых бурь возбуждается МС и CIR. При этом, если средние бури возбуждаются приблизительно в одинаковой пропорции МС и CIR, то сильные бури - в основном МС.
к.ф.-м.н. Ю.И. Ермолаев, 333-13-88, yermol@hotbox.ru, Ю.И. Ермолаев, М.Ю. Ермолаев, О некоторых статистических взаимосвязях солнечных, межпланетных и геомагнитосферных возмущений в период 1976-2000г., Космич.Исслед., 40(1), 3-16, 2002.)

8. Исследование пространственных и энергетических распределений недиспергированных плазменных структур - бимлетов - в пограничной области плазменного слоя хвоста магнитосферы и в авроральной области.

Проведено статистическое исследование транзиентных плазменных структур, наблюдавшихся в пограничной области плазменного слоя хвоста магнитосферы Земли (X~-20Re, данные Инербола-1) и вблизи высокоширотной границы плазменного слоя в авроральной области на высотах ~3Re (данные Интербола-2) в период 1995-1998г.г. К таким структурам, прежде всего, относятся короткие высокоскоростные (10-30кэВ) пучки ионов (бимлеты), генерируемые в токовом слое в дальних областях хвоста и движущиеся к Земле вдоль силовых линий магнитного поля. Статистически исследованы пространственные распределения бимлетов в хвосте и в авроральной области. Методом наложения эпох установлено, что в хвосте магнитосферы бимлеты локализованы в области между плазменным слоем и высокоширотной частью хвоста, размер которой в направлении оси ZGSM составляет 0.6Re. Применяя этот же метод к авроральным данным, удалось определить, что следы бимлетов, высыпающихся в авроральной области регистрируются вблизи высокоширотной границы плазменного слоя в пределах интервала широт ~0.80, что хорошо соответствует результату, полученному для событий, наблюдаемых в хвосте.
Статистически исследованы распределения средних энергий бимлетов в зависимости от расстояния до нейтрального слоя (НС) (вдоль оси ZGSM) для северного и южного направлений межпланетного магнитного поля (ММП). Установлено, что при южном направлнии ММП энергии бимлетов увеличиваются с ростом расстояния от НС, в то время как для северного ММП наблюдается обратная зависимость. Прямую зависимость энергии бимлетов от расстояния до НС можно объяснить монотонным уменьшением средней величины Bz компоненты магнитного поля в токовом слое (вдоль X-направления) по мере удаления от Земли (энергия, приобретаемая бимлетом в момент генерации в токовом слое, обратно пропорциональна локальной величине Bz). Обратная зависимость энергии бимлетов наблюдаемая при северном ММП возможно объясняется изменением направления конвекции в хвосте при повороте ММП с южного направления на северное.
Исследованы распределения вероятности наблюдения бимлетов в хвосте и в авроральной области в зависимости от их длительности. Установлено, что в обеих областях магнитосферы наиболее вероятная длительность бимлета составляет ~1мин. Так как условия измерения бимлетов в хвосте и в авроральной области существенно различны, то этот факт позволяет сделать вывод, что короткая длительность бимлета обусловлена, скорее всего, коротким временем его генерации в дальнем хвосте, т.е. временным, а не пространственным эффектом, как предполагалось ранее.
(Григоренко Е.Е., 333-43-56, grig@worsta.iki.rssi.ru;
E.E. Grigorenko, A.O. Fedorov, L.M. Zelenyi, J-A. Sauvaud, Coupling of transient plasma structures observed in the plasma sheet boundary layer and in the auroral region, Advanced Space Res., (accepted for publication), 2002; E. Grigorenko, A. Fedorov, J.A. Sauvaud, L. Zelenyi, Beamlet-like non-dispersed PSBL plasma structures and their signatures in auroral region (Statistical analysis of Interball-1 and -2 observations), Proc. of ICS-6, (accepted for publication), 2002.)

9. Исследование пространственной структуры крупномасштабных неоднородностей, их динамики и происхождения в хвосте магнитосферы во время продолжительных интервалов северного межпланетного магнитного поля.

В рамках работы по исследованию динамики хвоста магнитосферы Земли по данным проекта Интербол, Кластер, Геотэйл было продолжено изучение магнитной конфигурации плазменного слоя в магнито-спокойные времена. Установлено, что в течение продолжительных интервалов северного межпланетного магнитного поля (ММП) формируется магнитная конфигурация хвоста магнитосферы Земли, характеризующаяся эрозией открытых силовых линий долей хвоста и разбуханием плазменного слоя за счет добавления через фланги замкнутых силовых линий. Основным механизмом, образующим подобную конфигурацию является процесс пересоединения северного ММП и открытых линий геомагнитного поля в высокоширотных областях магнитосферы, в результате которого образуются новые замкнутые силовые линии.
При анализе данных, полученных при пролете спутниками магнитного хвоста Земли, определены характерные параметры плазменного слоя и обнаружены тонкие вертикальные границы между сдвинутыми относительно друг друга (в вертикальном направлении) сгустками магнитных силовых трубок. Предполагается, что такие сдвинутые сгустки могут образовываться из-за недостаточно быстрой релаксации аномальных изгибов силовых трубок, возникших во время высокоширотного пересоединения. Таким образом, получено экспериментальное подтверждение значительного влияния несимметрии высокоширотного пересоединения на конфигурацию хвоста магнитосферы Земли. Возможность образования тонких аномальных границ (токовых слоев) в плазменном слое, не являющихся частью основного токового слоя магнитного хвоста должна приниматься во внимание при анализе экспериментальных данных.
(к.ф.-м.н. А.А. Петрукович, 333-40-24, apetruko@iki.rssi.ru;
A.A.Petrukovich, W.Baumjohann, R.Nakamura, A.Balogh, T.Mukai, K.-H.Glassmeier, H.Reme, B.Klecker, Plasma sheet structure during strongly northward IMF, Submitted to JGR.)

10. Применение метода дробно-кинетического уравнения в исследовании сложных нелинейных динамических систем.

Предложен новаторский аналитический подход к исследованию процессов самоорганизации в сложных нелинейных динамических системах на основе метода дробно-кинетического уравнения [1-3]. Общая формулировка метода изложена в [1], разделы II, IV, V, VI; и [2], раздел SELF-CONSISTENT FRACTIONAL KINETIC EQUATION. К важнейшим частным случаям отнесены: 1) дробное обобщение волнового уравнения для фрактонных возбуждений в неупорядоченных средах ([1], раздел VI); 2) самосогласованное дробное нелинейное кинетическое уравнение для турбулентных магнитоплазменных систем в квазиравновесном состоянии ([2], раздел SELF-CONSISTENT FRACTIONAL KINETIC EQUATION). Условием самосогласования является самовоспроизведение турбулентного ансамбля за счет частиц, которые испытывают рассеяние в нерегулярном магнитном поле. Эффект положен в основу самосогласованной кинетической модели турбулентного токового слоя [2]; одним из приложений модели является самосогласованное кинетическое описание магнитоплазменной турбулентности в хвосте магнитосферы Земли [2]. Показано, что ``жизнедеятельность" турбулентного ансамбля связана с появлением низкочастотных шумов, напоминающих розовый шум 1/f, является ``побочным продуктом" в реакциях странного (негауссова) ускорения частиц в области турбулентности [2]. На более высоких частотах шум ``темнеет", постепенно превращаясь в черный: 1 / f ^(7/3) [2]. Функция распределения частиц плазмы по энергиям вблизи неравновесного стационарного состояния турбулентного ансамбля содержит протяженный нетепловой хвост степенного вида, наклон которого меняется в пределах от -6 до -7; приведенные значения отражают фундаментальные свойства турбулентных полей и плазмы, образующих самосогласованный ансамбль в хвосте магнитосферы. Представлено детальное сравнение выводов теории с данными непосредственных наблюдений магнитоплазменной турбулентности в хвосте магнитосферы Земли ([2], разделы KINK SPECTRA AT THE NESS и COMPARISON WITH OBSERVATIONS). Результаты численного моделирования кинетических процессов в турбулентных магнитных полях обсуждаются в [3]; полностью исследованы как гамильтонов предел, так и эффекты, обусловленные конечностью ларморовского радиуса частиц [3]. В численных экспериментах [3] непосредственно обнаружены аномальные - субдиффузионные - процессы переноса, отвечающие за миграцию частиц плазмы поперек турбулентного токового слоя в дальнем хвосте магнитосферы. Ряд квантовых обобщений (в частности, кинетика сверхпроводящих электронных жидкостей на фрактальных сетях) обсуждается в [1]. Фрактонный механизм рождения куперовских пар на фрактальных структурах предложен в [1], разделы III, VII, VIII, IX. Полученные результаты проливают свет на явление высокотемпературной сверхпроводимости в соединениях на основе оксида меди [1]. К предсказаниям модели отнесены 1) универсальность ac проводимости в неупорядоченных системах; 2) возможность существования сверхпроводящих органических полимеров, обладающих свойством самоупорядочения. (к.ф.-м.н. А.В. Милованов, 333-45-34, amilovan@mx.iki.rssi.ru;
[1] A. V. Milovanov and J. J. Rasmussen, Fracton pairing mechanism for unconventional superconductors: Self-assembling organic polymers and copper-oxide compounds, Phys. Rev. B 66, 134505 (2002);
[2] A. V. Milovanov and L. M. Zelenyi, Nonequilibrium stationary states in the Earth's magnetotail: Stochastic acceleration processes and nonthermal distribution functions, Adv. Space Res. 11, XXX (2002);
[3] F. Chiaravalloti, A. V. Milovanov and G. Zimbardo, Self-similar transport on two dimensional percolating structures, Phys. Rev. E, to be published.)

11. Изучение плазменных процессов в зоне внешнего кольцевого тока Земли.

Был проведен анализ вариаций спектров ионов в диапазоне энергий от 1 кэВ до 3 МэВ, измеренных на спутнике ИНТЕРБОЛ - Хвостовой зонд в период пересечения спутником зоны перехода от дипольных к вытянутым в хвост силовым линиям. Сопоставление данных одновременных измерений приборами КОРАЛЛ, ДОК-2 и СКА-2, включая измерения в перекрывающихся энергетических диапазонах, позволили восстановить полные спектры ионов (в диапазоне от 1 кэВ до 3 МэВ), что дало возможность анализировать эволюцию полного спектра вдоль траектории полета спутника. Усредненные спектры имели гладкую форму, и не наблюдалось многопиковых распределений вплоть до 6 RE, что подтверждает непрерывный переход от ионной популяции плазменного слоя к ионной популяции кольцевого тока. По восстановленным спектрам было рассчитано ионное давление. Полученный профиль давления имел сравнительно гладкую форму. Давление монотонно нарастало с уменьшением геоцентрического расстояния вплоть до 6 RE. Показана необходимость анализа полных спектров ионов в широком энергетическом диапазоне для решения задач выбора аппроксимационных зависимостей и вычислений профилей давления в плазме.
(д.ф.-м.н. Писаренко Н.Ф., 333-41-88, mira@ares.iki.rssi.ru; N.F. Pisarenko, E.Yu. Budnik, Yu.I. Yermolaev, I.P. Kirpichev, V.N. Lutsenko, E.I. Morozova, and E.E. Antonova. The main features of the ion spectra variations in the transition region from dipole to tailward streched field lines, ASR, 2002, in press)

12. Изучение вспышечных процессов на Солнце.

Проанализирована начальная стадия мощной солнечной вспышки 14 июля 2000 года, зарегистрированной детекторами заряженных частиц и радиационного излучения на спутнике ИНТЕРБОЛ - Хвостовой зонд. Обнаружена дисперсия скоростей частиц и оценены характеристики распространения солнечных частиц. Проведено сравнение результатов анализа с другими вспышками. Проведен анализ слабых всплесков мягкой компоненты рентгеновского излучения Солнца по данным высокочувствительного детектора рентгеновского излучения РФ-15И-2 в рамках международного проекта ИНТЕРБОЛ.
(д.ф.-м.н. Писаренко Н.Ф., 333-41-88, mira@ares.iki.rssi.ru; N.F. Pisarenko, E.I. Morozova, I.P. Kirpichev. Time structure of particle fluxes formed by a sequence of shocks and coronal mass ejections after large solar flares, EGS 2002, Nice, France, 22-27 April 2002.)

13. Исследование характеристик и природы тонких дисперсионных структур в спектрах энергичных ионов и электронов в магнитосфере Земли, открытых в эксперименте ДОК-2 (проект Интербол).

В экспериментах ДОК-2 на Хвостовом и Авроральном зондах (проект Интербол, 1995-2000 гг.) благодаря рекордно высокому энергетическому и временному разрешению аппаратуры обнаружены тонкие дисперсионные структуры в спектрах энергичных частиц в авроральных зонах магнитосферы Земли. Эти структуры представляют собой узкие линии (?E/E~16-20%), монотонно движущиеся по энергии от 500-700 до 50-60 кэВ. Всего обнаружено и проанализировано около 250 таких событий. Показано, что они являются результатом градиентного дрейфа вокруг Земли частиц, импульсно инжектированных на ночной стороне магнитосферы в результате суббури. Изучение характеристик этих структур позволяет определить момент ускорения и его продолжительность с точностью до нескольких десятков секунд, а также форму спектра частиц. Важно, что эти характеристики могут быть получены из наблюдений, проведенных в точке, отстоящей на сотни тысяч километров от места ускорения через десятки минут после завершения процесса ускорения. В некоторых событиях на фоне монотонного изменения энергии линий наблюдалась периодическая (Е=3-5 мин) модуляция. В этих случаях, при изучении данных бортового магнитометра были обнаружены линейно поляризованные колебания локального магнитного поля с теми же периодами. Сопоставление этих данных позволило объяснить природу этих колебаний и их связь с явлением "резонанса силовых линий".
к.ф-м.н Луценко В. Н., 333-33-56, vlutsenk@iki.rssi.ru; V.N. Lutsenko, V.N., Gretchko, T.V., Kobelev, A.V., and K. Kudela, Dispersion structures in the energetic ion and electron spectra in the auroral regions: their nature, properties and implication, Adv. Space. Res., 30(7), 1787-1793, 2002.)

14. Обнаружены явления перемежаемости и самоорганизации сильной турбулентности над полярными каспами. Преобразование энергии потока солнечного ветра сопровождается генерацией квазирегулярных токовых слоев с аномально большими углами поворота магнитного поля. Кинетическое моделирование показывает, что двумерные вихревые дорожки и трехмерные вихри объясняют наблюдения. Топология турбулентной зоны определяется углом наклона диполя по отношению к набегающему потоку.
Данные Интербола-1 и Магиона-4, сопоставленные с данными Кластера, Полара, Геотейла, DMSP и Винда на границе магнитосферы, в ионосфере и солнечном ветре при помощи экспериментально ориентированного моделирования, позволили обнаружить самоорганизацию флуктуаций в погранслое - синхронизацию трехволновых распадов на выделенных масштабах. Получены указания, что синхронизующие (резонансные) волновые пакеты образуются в результате обратного каскада кинетических альвеновских волн, возбуждающихся при трансформации флуктуаций набегающего потока плазмы в токовых слоях вблизи магнитопаузы над полярными каспами. Изучение статистических свойств поворота магнитного поля в волновых пакетах в турбулентном пограничном слое (ТПС) показало наличие аномального числа больших углов поворота, что является признаком перемежаемости турбулентности в ТПС. Сравнение с кинетическим моделированием тонких (порядка гирорадиуса ионов) токовых слоев, пересекаемых виртуальными спутниками, показало, что основные черты наблюдаемых локальных возмущений могут быть объяснены нелинейной эволюцией этих токовых слоев с образованием двумерных вихревых дорожек и трехмерных вихрей Несмотря на близкие масштабы и спектральные характеристики, топологии "застойных зон" над летним и зимним каспами отличны друг от друга. Летом (при положительном угле наклона геомагнитного диполя, т.е. к Солнцу) горловина каспа открыта для прямого взаимодействия потока плазмы переходной области с магнитопаузой, имеющей форму выступа над каспом. Причем и "застойная зона", и турбулентный погранслой на ее внутренней границе располагаются большей частью вне магнитосферы. Зимой (отрицательные углы наклона диполя) гладкая магнитопауза, расположенная почти вдвое дальше от Земли, не является жесткой преградой для развитой турбулентности, включая "диамагнитные полости". Магнитопауза становится толще и совпадает с границей обтекающего потока. Прямо под ней регулярно встречаются "плазменные шары" ('plasma balls') - полости с почти размагниченной нагретой плазмой из переходной области размером в несколько радиусов Земли. Мы считаем, что микропересоединение флуктуирующих полей и просачивание плазмы сквозь структурированную магнитопаузу наиболее эффективны для наполнения "плазменных шаров". Глобальное пересоединение, как основной источник плазмы в них, не согласуется с нашими данными. Таким образом, ТПС является постоянно действующей сложной многомасштабной нелинейной системой, а не следствием аддитивных реакций на возмущения в солнечном ветре и переходной области. Т. е. при изучении взаимодействия потока плазмы с магнитными полями необходимо учитывать коллективные эффекты, характерные для развитой турбулентности, что может качественно изменить поведение плазменно-магнитной системы, например, привести к "катастрофической" перестройке топологии, возникновению "памяти" (зависимости от предыстории), появлению аномально больших корреляций на больших временных и пространственных масштабах и образованию квазирегулярных структур, обеспечивающих эффективное преобразование энергии и перенос плазмы. Открытие "плазменных шаров" ('plasma balls') хорошо соответствует самому названию проекта ИНТЕРБОЛ (Interball), которое восходит к "огненным шарам" Фэрфилда ('Fireballs').

15. Установлено, что развитие поляризационного джета происходит вдоль экваториальной границы области инжекции энергичных ионов частичного кольцевого тока во внутреннюю магнитосферу примерно вдоль постоянной инвариантной широты и охватывает сектор 60-120° по долготе.

По более 150 измерениям экваториальной границы инжекции прибором Chem на спутнике AMPTE/CCE построена модель положения экваториальной границы инжекции энергичных ионов во внутреннюю магнитосферу для различных уровней магнитной активности. Поляризационный джет возникает вблизи экваториальной границы области проникновения энергичных ионов частичного кольцевого тока во внутреннюю магнитосферу в долготном секторе 60-120° и располагается на одной и той же инвариантной широте во всем временном секторе его регистрации
(к.ф.-м.н В.Л. Халипов, 333 32 89, khalipov@iki.rssi.ru;
Е.Д. Бондарь, В.Л. Халипов, Ю.И. Гальперин, А.Е. Степанов, Ионосферные эффекты вблизи экваториальной границы области инжекции энергичных ионов во внутреннюю магнитосферу. Всероссийская конференция "Проблемы физики космических лучей и солнечно-земных связей", Якутск., 22-24 октября 2002 г., Тезисы докладов.)

16. Разогрев электронной компоненты верхней ионосферы выше 6000° K при воздействии ударной волны солнечного ветра на магнитосферу Земли.

Впервые по измерениям спутника AUREOLE-3 экспериментально обнаружен эффект разогрева электронной компоненты верхней ионосферы Земли выше 6000° K при воздействии ударной волны солнечного ветра на магнитосферу Земли. Передача энергии солнечного ветра от магнитопаузы до внутренней магнитосферы может осуществляться посредством кинетических альфвеновских волн. Впервые на такую возможность диссипации энергии солнечного ветра в магнитосфере Земли было указано в работе Hasegava, A., and K. Mima, Anomalous transport produced by Kinetic Alfven wave turbulence, J. Geophys. Res., 83, 1117, 1978.
(к.ф.-м.н В.Л. Халипов, 333 32 89, khalipov@iki.rssi.ru;
В.Л. Халипов, В.Ф. Губский, В.В. Афонин, Л.В. Шестакова, Электронная концентрация и температура в области F на восстановительной фазе больших магнитных бурь и при развитии поляризационного джета, Всероссийская конференция " Проблемы физики космических лучей и солнечно-земных связей ", Якутск., 22-24 октября 2002 г, Тезисы докладов.)

17. Наблюдения поляризационного джета на спутнике ОРЕОЛ -3

В рамках работы по исследованию динамики хвоста магнитосферы Земли по данным проекта Интербол и других международных программ было продолжено изучение распределения потоков горячей плазмы в плазменном слое. Направление и сила указанных потоков вещества определяют картину глобальной конвекции магнитного потока в магнитосфере Земли и, следовательно, ее энергетику.
По результатам обработки данных советско-французского спутника AUREOL-3, выполненной в CDPP(CNES)FRANCE, представлены измерения концентрации и температуры электронов (прибор ISOPROBE) и низкоэнергичных электронов и протонов (прибор SPECTRO) в области наблюдаемых явлений поляризационного джета (PJ) для MLT = 20-23 час. и высот 430-700 км. Резкие повышения электронной температуры (примерно от 1500 К до 3500 К и от 2000 К до 4000 К), имеющие пикообразный характер совпадают либо с наибольшим понижением (провалом) электронной концентрации (уменьшение в 5-10 раз), либо располагаются на экваториальной стенке провала электронной концентрации. Такие пикообразные повышения электронной температуры могут быть объяснены передачей тепла от ионного газа. Однако для значительных повышений электронной температуры необходим дополнительный источник тепла.
(В.Ф. Губский, 333-32-89, vgubsky@iki.rssi.ru;
V.Gubsky et al., Observations of polarization jets by AUREOL-3 satellite, COSPAR Colloquium "PLASMA PROCESSES IN THE NEAR-EARTH SPACE: INTERBALL AND BEYOND", Sofia, Bulgaria, 5 - 10 February 2002.)

18. Асимметрия вторжения электронов в авроральный овал и их связь с суббурями.

По измерениям на спутнике "Ореол-3" обнаружена широтная асимметрия электронных вторжений с более мощными структурами в потоке частиц на энергиях 1-10 кэВ вблизи экваториального края аврорального овала. Выявлено, что такая асимметрия с максимумом высыпания электронов и образованием падения электрического потенциала вдоль поля связана с началом взрывной фазы суббурь. Явление асимметрии вторжений электронов объясняется исходя из разрыва связи ионосфера-магнитосфера вблизи экваториального края аврорального овала, где формируются мощные пучки высыпающихся электронов и восходящие потоки ионосферных ионов.
(д.ф.-м.н. Р.А. Ковражкин, 333-54-77, kovrazhkin@romance.iki.rssi.ru,
в сотрудничестве с учеными НИИЯФ МГУ, Чили и Франции; M. V. Stepanova, E. E. Antonova, J. M. Bosqued, R. A. Kovrazhkin, and K. R. Aubel, Asymmetry of auroral electron precipitation and its relationship to the substorm expansion phase onset, J. Geophys. Res., 107(A7), 10.1029/2001JA003503, 25-1 - 25-12, 2002.).

19. Интерпретация экспериментальных волновых данных, полученных на спутнике ИНТЕРБОЛ-2, на основе теоретического исследования процессов формирования спектров ленгмюровских волн в плазме с низко-частотной турбулентностью.

Анализ волновых измерений, выполненных на спутнике ИНТЕРБОЛ-2 показал, что спектры ленгмюровских волн, зарегистрированные в области полярной шапки на высотах 2-3 радиуса Земли, имеют ширину порядка 10% от локальной плазменной частоты и обладают характерным видом с двумя, иногда тремя максимумами. Для объяснения полученных спектров была построена теоретическая модель, описывающая в рамках квазилинейного статистического приближения генерацию ленгмюровских волн электронным пучком с учетом рассеивания волн на низкочастотных флуктуациях плотности. Численные расчеты, выполненные на основе разработанной модели при параметрах плазмы, соответствующих проведенным измерениям, показали, что рассеяние волн на флуктуациях плотности играет определяющую роль в формировании спектров, аналогичных наблюдаемым. Процессы рассеивания волн приводят к перераспределению энергии ленгмюровских колебаний и возможности аккумуляции энергии в областях фазового пространства, для которых инкремент пучковой неустойчивости мал или даже отрицателен. Полученные результаты показали, что рассеивание ленгмюровских волн на стационарных флуктуациях плотности плазмы в зависимости от параметров плазмы может приводить к уширению их спектра до 10% от плазменной частоты и формированию второго максимума в области частот, соответствующих ленгмюровским волнам, распространяющихся под углом порядка 12 градусов к магнитному полю.
(к,ф-м,н, Т.М. Буринская, 333-45-34, tburinsk@classic.iki.rssi.ru;
T.M. Burinskaya, A.A. Rusanov, J.L. Rauch, A. Miles M.M. Mogilevsky, Small-scale bursts of Langmuir waves in the polar cap, Adv. Space Res., (in press), 2002.)

20. Изучение механизмов взрывных процессов во время магнитосферной суббури

Продолжалось изучение турбулентных флуктуаций плазменного слоя (Овчинников и др. 2002). Был определен уровень нарастания турбулентных флуктуаций после начала взрывной фазы суббури для ряда фиксированных событий.
(д.ф.-м.н. Е.Е. Антонова, antonova@orearm.msk.ru;
I.L. Ovchinnikov, E. E. Antonova, Yu. I. Ermolaev, The changes of the coefficient of the diffusion in the plasma sheet during substorms: Case study, Book of Abstracts of International conference "Problems of Geocosmos", June3-8, St. Peterburg, Russia, 2002, p. 34.)

21. Экспериментальные измерения полярного ветра по данным спутника ИНТЕРБОЛ - 2

Был проведен анализ измерений потоков ионосферных ионов в ночной полярной шапке на высоте около 20000 км по данным прибора ГИПЕРБОЛОИД на спутнике ИНТЕРБОЛ-2. Были отобраны пролеты без интенсивных высыпаний магнитосферных ионов и электронов (прибор ИОН), что исключило наблюдение потоков ионосферных ионов, обусловленных нагревом в авроральных областях. Кроме того, была сделана попытка исключить из анализа наблюдения "ионного фонтана в клефте". Рассматривались измерения в летний и зимний периоды, когда ионосфера была полностью освещена и когда она была полностью в тени. Из анализа функций распределения измеренных потоков выделены 6 различных типов потоков ионосферной плазмы в полярной шапке. Выявилось сильное различие в потоках летом и зимой. В зимний период детектировались только слабые потоки ионов Н+. В летний период детектируются как ионы Н+, так и ионы О+. Впервые обнаружена зависимость величины потока ионосферных ионов от интенсивности полярного дождя. Приведено сравнение измерений с существующими моделями полярного ветра. Выявлены модели, которые лучше всего описывают измерения. Область, которая получилась после выборов времен измерений, совпадает с областью IDZ (ion depletion zone), в которой по данным измерений на спутнике AKEBONO ничего нельзя было сказать о потоках тепловых ионов из-за низкой чувствительности прибора, стоящего на этом спутнике.
(Чугунин Д.В., 333-11-22, dimokch@iki.rssi.ru,
Наблюдение полярного ветра на ночной стороне полярной шапки на высотах 2-3 RЕ по измерениям спутника ИНТЕРБОЛ, Чугунин Д.В., Зинин Л.В., Гальперин Ю.И., Дюбулоз Н., Бухрам М., Космич. Исслед., 40(4), 416-433, 2002.)

22. Вариации распределения концентрации и температуры холодной плазмы в ночном секторе плазмосферы, инициированные геомагнитными возмущениями

В течение 2002 г. продолжалась обработка и интерпретация измерений, выполненных на Авроральном зонде. Сопоставление параметров холодных протонов, измеренных в ночном и дневном секторах плазмосферы на протяжении одного пролета Зонда с интервалом 30-40 мин, показало, что под влиянием геомагнитных возмущений

23. Моделирование распределения тепловой плазмы вокруг движущегося заряженного спутника для конечного значения радиуса Дебая.

Распределение электрического поля вокруг заряженного спутника в разреженной магнитосферной плазме оказывает существенное влияние на концентрации и траектории частиц, измеряемых бортовыми приборами. Для определения макропараметров плазмы вокруг аппарата, рассмотрены две трехмерные модели распределения электрического поля в условиях, когда радиус Дебая сравним с геометрическими размерами спутника. В первой модели использовалась система гидродинамических уравнений непрерывности и движения, которая решалась совместно с уравнением Пуассона. Во второй модели гидродинамическое уравнение движения использовалось для анализа движения крупных частиц по методу частиц в ячейке (PIC - метод). Разработаны численные алгоритмы и программы для расчетов потенциала вблизи спутника, а также распределения концентраций электронов и ионов и объемного заряда. Получены результаты расчетов для некоторых ситуаций в окружающей плазме и рассмотрено влияние пространственного распределения электрического поля на измерения тепловой плазмы. Показано, что существенное уменьшение концентрации ионов за спутником (т. н. "ионная тень") имеет размеры более 10 lD, а распределение электронной концентрации сильно зависит от взаимного направления вектора скорости спутника и магнитного поля.

24. Изучение электрического потенциала космического аппарата.

Проведено вычисление эффективной фотоэмиссии для модельного космического аппарата (КА) для условий полета Интербол-2 с использованием реалистической модели распределения электрического поля вокруг КА и широкого диапазона параметров окружающей среды. Новым является:

25. Исследование крупномасштабных плазменных неоднородностей во внешней ионосфере.

Найдено, что появление крупномасштабных неоднородностей плазмы и их распад на мелкомасштабные структуры в среднеширотной и приэкваториальной верхней ионосфере могут быть связаны с внешними и внутренними источниками - распространением надтепловых потоков плазмы из областей затухания электромагнитных и атмосферных волн, электростатических коротковолновых возмущений (быстро нарастающих при кинетической электростатической неустойчивости ионосферной плазмы), возбуждением апериодических и периодических электростатических полей в таких потоках и, возможно, сохранением завихренности квазинейтральных плазменных неоднородностей на масштабах вихрей, превышающих ларморовский радиус ионов. Разный уровень мелкомасштабной электростатической турбулентности в дневной и ночной ионосфере может быть одной из причин различия ночных и дневных спектров крупномасштабных плазменных неоднородностей.
В верхней ионосфере в районе Южно-Атлантической геомагнитной аномалии возможно образование плазменных неоднородностей с широким спектром пространственных масштабов (включая крупномасштабные, с размерами порядка сотни километров), вследствие самовозбуждения в неустойчивой плазме электростатических колебаний с различным фазовым объемом (в пространстве частота - волновой вектор) для различных областей аномалии (электростатической турбулентности, неоднородной в географическом пространстве)
(д.ф.-м.н. Г.Л. Гдалевич, 333-52-55, ggdalevi@iki.rssi.ru;
Г.Л.Гдалевич, В.Ф.Губский, Н.И.Ижовкина, В.Д.Озеров, Крупномасштабные атмосферные возмущения и плазменные неоднородности в верхней ионосфере, Геом. и аэрон., 42(2) 257-264, 2002; Г.Л.Гдалевич, В.Ф.Губский, Н.И.Ижовкина, В.Д.Озеров, Электростатическая неустойчивость и плазменные неоднородности в верхней ионосфере в районе Южно-Атлантической геомагнитной аномалии, Космич. исслед., 39(6), 665-668, 2001.)

26. Направления потоков тяжелых и легких ионных компонент плазмы на высотах 700-1100 км в ходе аномального переноса, по данным ракеты Вертикаль-10.

Поток тяжелого компонента плазмы, ионов О+, под воздействием механизма аномального переноса был направлен во внешнюю область рассматриваемого плазменного объема и создал обеднение концентрации плазмы внутри него. Вслед за этим поток легких ионов - водорода Н+, благодаря импульсу отдачи, оказался направленным внутрь этого объема, где скачкообразно увеличил их концентрацию. (к.ф.-м.н. В.Д. Озеров, 333-52-55;
В.Д.Озеров, Автогенерация неустойчивости композиционного равновесия плазмы в переходной области плазмосферы по данным послезаходного высотного пуска ракеты Вертикаль-10, Космич.исслед., 40(2), 134-141, 2002.)

27. Найден приближенный инвариант

В условиях, характерных для магнитосферы Земли, найден приближенный инваринт, сохраняющийся с высокой точностью даже в процессе гирорезонансного взаимодействия волна-частица. Наличие этого инварианта позволяет существенно упростить описание гирорезонансного взаимодействия частиц с волнами с помощью уравнений, усредненных по быстрому ларморовскому вращению частиц (аналог дрейфового приближения).
(Красовский В.Л., тел.333-41-67; vkrasov@mx.iki.rssi.ru)

28. Исследование нелинейных ионно-дрейфовых и дрейфово-альфвеновских волн в пылевой плазме с учетом неоднородности пылевой компоненты плазмы.

В 2002 г. был опубликован цикл работ "К теории низкочастотных волн замагниченной плазмы конечного давления", включающий исследование нелинейных ионно-дрейфовых и дрейфово-альфвеновских волн в пылевой плазме с учетом неоднородности пылевой компоненты плазмы, а также развитие теории дрейфово-зеркальной неустойчивости. В настоящее время физика пылевой плазмы переживает бурный период своего развития аналогичный периоду развития обычной (ионно-электронной) плазмы в 60-х годах прошлого столетия. Пыль является неотъемлемой частью таких космических объектов как пылевые облака, планетарные кольца, аккреционные диски, кометные хвосты, атмосферы планет, кроме того, пыль присутствует в пристеночной термоядерной плазме. Рассматривался вопрос: может ли неоднородность пыли повлиять на характер распадных неустойчивостей и вид слаботурбулентных спектров альфвеновских (дрейфово-альфвеновских) волн? При анизотропии температур плазмы в открытых магнитных ловушках должна развиваться неустойчивость, называемая зеркальной. Флуктуации магнитного поля, измеряемые магнитометрами в космической плазме, часто интерпретируются как зеркальные моды. Деформация магнитного поля зеркальной модой приводит к появлению пространственных структур, идентифицируемых в спутниковых данных как "магнитные дыры" - глубокие провалы во внешнем магнитном поле до 90 % величины. Генерация конвективных ячеек альфвеновскими волнами является важным эффективным механизмом передачи энергии от мелкомасштабных возмущений в длинноволновое конвективное движение (обратный каскад). Проведено развитие и пересмотр теории генерации конвективных ячеек альфвеновскими волнами. Результаты цикла работ состоят в следующем. Выведена система уравнений, описывающих динамику дрейфово-альфвеновских волн в пылевой плазме с учетом эффектов, связанных с неоднородностью ионной температуры. Показано, что полученная система уравнений имеет решение в виде двумасштабных дипольных вихревых структур. Характерные масштабы вихрей зависят от направления распространения. Наименьший масштаб вихрей порядка ларморовского радиуса ионов, а больший масштаб определяется масштабом неоднородности плазмы. В отличие от вихрей в плазме с однородной температурой ионов, вихревая структура в плазме с неоднородной температурой ионов существует при произвольных знаках заряда гранул пыли. Исследованы слаботурбулентные колмогоровские спектры ионно-дрейфовых волн в пылевой плазме при произвольном соотношении между частотами Шукла-Варма и ионно-дрейфовой. Показано, что полученные спектры колмогоровского типа ионно-дрейфовых волн в пылевой плазме, связанные с законом сохранения энергии волн, локальны как в длинноволновом, так и в коротковолновом пределах. Потоки энергии в этих спектрах конечны и направлены в область малых пространственных масштабов. Изучалась распадная неустойчивость и слабая турбулентность альфвеновских волн в плазме, где дисперсия волн обусловлена пылью. Получены оценки для инкремента распадной неустойчивости в такой плазме. Показано, что упрощенная система нелинейных уравнений имеет два интеграла: энергии и обобщенной энстрофии волн. Получены два слаботурбулентных спектра волн, соответствующие сохранению энергии и энстрофии. Оба полученных спектра оказались нелокальными. Развита локальная теория зеркальной неустойчивости в многокомпонентной бесстолкновительной плазме с произвольными распределениями частиц. Получено общее дисперсионное уравнение в терминах моментов от произвольных функций распределений частиц, позволяющее исследовать неустойчивость зеркальной моды. Анализ общего дисперсионного уравнения позволяет трактовать порог, максимальный инкремент и направление развития неустойчивости с максимальным инкрементом в терминах моментов от произвольных функций распределений ионов и электронов с учетом анизотропии распределений не только ионов, но и электронов. Показано, что максимальный инкремент растет с уменьшением поперечных масштабов возмущений вплоть до масштаба порядка ларморовского радиуса ионов и затем, по оценкам, убывает. Распределения частиц, наблюдаемые в космической плазме, имеют две характерные особенности: надтепловые хвосты, обусловленные процессами ускорения частиц, и конусы потерь, связанные с ловушечными конфигурациями внешнего магнитного поля. Общее дисперсионное уравнение позволяет использовать модельные распределения для интерпретации космических наблюдений в солнечном ветре, магнитошисе, магнитосферах других планет. Получены компактные аналитические выражения для максимальных инкрементов и порогов неустойчивости в плазме с конкретными модельными распределениями частиц. Для моделирования условий в космической плазме (например, в солнечном ветре в области вблизи орбиты Земли), где наблюдаются надтепловые хвосты в распределении ионов, в качестве равновесного распределения использовалось, так называемое, капа распределение. Для моделирования условий в космической плазме, где имеются ловушечные конфигурации магнитного поля, например, в области кольцевых токов и авроральных зон магнитного поля Земли, использовались распределения Дори-Гэста-Хариса (ДГХ), Кэннел-Ашур Абдала (КА) и обобщенное капа-распределение с конусом потерь, являющееся обобщением ДГХ и капа- распределений. Представлены результаты численного моделирования для порогов, инкрементов неустойчивости и направления роста возмущений с максимальным инкрементом. Проведено кинетическое описание неустойчивости, обнаружены две новые дрейфово-зеркальные моды. Эти моды были названы медленными дрейфово-зеркальными (МДЗ) модами в отличие от традиционных ионно-дрейфовых зеркальных (ИДЗ) мод. Одна из МДЗ мод оказалась неустойчивой в гидродинамическом режиме с порогом неустойчивости меньшим порога неустойчивости ИДЗ. Вторая МДЗ мода неустойчива в кинетическом режиме и имеет такой же порог неустойчивости, что и ИДЗ мода. Обсуждается связь наблюдений в космической плазме с вновь обнаруженными МДЗ модами. проведен пересмотр теории параметрической генерации конвективных ячеек кинетическими альфвеновскими волнами. Выведена система нелинейных уравнений, описывающих динамику взаимодействия кинетических альфвеновских волн с конвективными ячейками и получено общее дисперсионное уравнение для конвективных ячеек. Получена оценка для максимального инкремента генерации конвективных ячеек для произвольных длин волн и исследованы условия необходимые для их генерации (порог неустойчивости и связь амплитуды электростатического поля в конвективных ячейках с пространственными масштабами). Показано, что электромагнитное поле в конвективных ячейках носит электростатический характер. В отличие от предыдущих исследований, показано, что для описания генерации конвективных ячеек необходим учет дисперсионных эффектов (связанных в инерционных альфвеновских волнах) с учетом эффектов конечной бесстолкновительной скиновой длины. Конвективные ячейки представляют собой вытянутые вдоль направления распространения альфвеновских волн пространственные образования. В конвективных ячейках аномально велико электростатическое поле и усилен вихревой характер движения ионов. Производится сравнение полученных результатов с результатами наблюдений в космической и лабораторной плазме.
(д.ф.-м.н. О.Г.Онищенко,тел. 333-15-67 ; pokh@uipe-ras.scgis.ru ) (Onishchenko O.G., Pokhotelov O.A., R.Z. Sagdeev R.Z., Pavlenko V.P., Stenflo L., Shukla P., Zolotukhin V.V., Treumann R.A., Balikhin M.A. )

29. Исследовалось влияние солнечно-геомагнитной активности на образование античастиц и изотопов легких элементов во внутренней магнитосфере Земли. Результаты выполненных экспериментов доложены на международных конференциях, в частности, COSPAR-2002
( Гусев А.А., Панков В.М.; 333-30-45 ; vpan-iki@yandex.ru ).

30. Серфотронное ускорение в магнитном поле и поле электромагнитной гармонической или электростатической ударной волны.

Построена теория серфотронного ускорения заряженных частиц в магнитном поле и поле наклонной электромагнитной волны. Показано, что захват в режим ускорения связан с захватом в резонанс между ларморовским вращением и волной. Получены формулы для вероятности захвата. В зависимости от параметров задачи захват в резонанс может сопровождаться последующим выбросом из него, а может приводить к неограниченному серфотронному ускорению частиц. Исследовано рассеяние на резонансе, приводящее к диффузионному нагреву частиц. Для электромагнитной волны изучены все возможные типы динамики в системе. Также изучен захват в режим серфотронного ускорения в поле наклонно распространяющейся ударной электростатической волны.
( к.ф.-м.н. Васильев А.А.; 333-53-46, valex@iki.rssi.ru )