2.2. Фундаментальные и прикладные научные исследования в области Физики космической плазмы, энергичных частиц, Солнца и солнечно- земных связей

Тема ПЛАЗМА. Проведение фундаментальных исследований в области физики космической плазмы, солнечно-земных связей и физики магнитосферы.

Гос. регистрация № 0120.0 602992

Научный руководитель чл.-корр. РАН Л.М. Зелёный

I. Солнце и солнечная корона

1. Исследование солнечных процессов при формировании корональных выбросов.

Развиты новые методы безразмерного масштабного анализа солнечных и гелиосферных процессов. На этой основе теоретически и экспериментально показано, что корональные выбросы массы и солнечные вспышки могут происходить без заметных изменений топологии крупномасштабных магнитных полей. Сделан вывод о том, что электрический дрейф в скрещенных полях играет принципиально важную роль в этих явлениях. Он приводит к движению плазмы поперек магнитного поля как в открытых, так и в замкнутых конфигурациях.

Veselovsky I. S. Dimensionless scaling approaches to the solar and heliospheric processes, Advances in Space Research, Volume 40, Issue 7, pp. 1087-1092, 2007. DOI:10.1016/j.asr.2006.12.051

Veselovsky I. S. Dimensionless scaling as a useful tool for description of universal and individual properties of electromagnetic and plasma processes observed on the Sun and in the heliosphere. The Sun, the Heliosphere, and the Earth IHY conference, Bad Honnef, Germany, May 14 - 18, 2007. http://www.ieap.uni-kiel.de/et/ag-heber/ihy2007/sun-heliosphere-earth/#prg

Создана новая классификация корональных выбросов массы по их скорости относительно фоновой плазмы. Эта классификация также основана на методах безразмерного масштабного анализа солнечных и гелиосферных процессов. Она более объективно отражает различные ситуации и типы течений с быстрыми, средними и медленными скоростями плазмы в короне Солнца.

Veselovsky I .S. Universal classification principles of solar and heliospheric processes: dimensionless scaling, Session ASIV032  “IHY and universal processes” (Divisions IV, II, and III), IUGG 24, Perugia, Italy, July 6, 2007, Abstract, oral presentation, http://www.iugg2007perugia.it/abstracttype.asp

Обнаружены и исследованы глобальные потемнения (димминги) в короне Солнца после сильных выбросов солнечного вещества в гелиосферу. Эти явления занимают по площади более половины Солнца и охватывают несколько активных областей. Тем самым они отличаются от обычных корональных выбросов массы, имеющих меньший телесный угол (в среднем около 40-50 градусов) и связанных в основном с процессами в отдельных активных областях.

Zhukov A. N. and I.S. Veselovsky, Global Coronal Mass Ejections, The Astrophysical Journal, Volume 664, Issue 2, pp. L131-L134, 2007. DOI:10.1086/520928.

Веселовский Игорь Станиславович, д.ф.-м.н., т. 939-12-98, veselov@dec1.sinp.msu.ru

2. Анализ распределения рентгеновских солнечных вспышек по энергиям.

По данным проекта “Интербол-Хвостовой зонд” в мягкой компоненте рентгеновского излучения Солнца исследованы солнечные события малой мощности. Получены характеристики самого малого по мощности потока рентгеновского излучения к общему энерговыделению класса солнечных вспышек - класса 0 (поток рентгеновского излучения < 10^-8 Вт/м²). Обнаружен нижний предел в распределении солнечных вспышек по энерговыделениям.

Писаренко Н.Ф., И.К.Мирзоева “Рентгеновские всплески и возможный сценарий слабых солнечных вспышек”. “Космические исследования”, 2008, том 46, № 1.

Мирзоева И.К., Распределение рентгеновских солнечных вспышек по энергиям. “Письма в Астрономический журнал”, в печати.

Писаренко Новомир Федорович, д.ф.м.н., т. 333-41-88, mira@iki.rssi.ru

Мирзоева Ирина Константиновна к.ф.м.н., т. 333-14-67, colombo2006@mail.ru

II. Солнечный ветер

3. Исследование динамики солнечного ветра

В продолжение проводимого в течение ряда лет нашей группой систематического исследования динамики солнечного ветра при его распространении к орбите Земли нами был установлен впервые факт сохранения формы, амплитуды и длительности резкой (короче 10 мин.) границы среднемасштабной структуры плотности солнечного ветра при его движении в течении 2.5 суток на пути в 90 млн. км (0.6 а.е.) от гелиосферных зондов Helios 1, 2 до спутника Земли IMP 8.

На Рис.1 показано расположение аппаратов в межпланетном пространстве в течение 1-4 апреля 1977 г. На Рис.2 показано сопоставление временного хода плотности солнечного ветра во время ее резкого скачка (спада) по данным 3-х КА. Видно очень высокое подобие этих измерений в столь удаленных точках.

Эти наблюдения позволяют высказать гипотезу, что очень резкие скачки плотности солнечного ветра могут «выживать» на всем пути от короны Солнца по крайней мере до орбиты Земли.

Рис.1. Рис.2.

Dalin P.A., Yu.I. Yermolaev, G.N. Zastenker, M.O. Riazantseva, Large-scale solar-wind density enhancement and its boundaries: Helios 1, 2 and IMP 8 observations, Planetary and Space Science, submitted

Застенкер Георгий Наумович, д.ф.-м.н., т. 333-13-88, gzastenk@iki.rssi.ru

III. Внешняя магнитосфера Земли, каспы

4. Исследование зависимости толщины низкоширотного пограничного слоя магнитосферы Земли от параметра vB_Z и его флуктуаций.

По 32 случаям пересечения LLBL спутником ИНТЕРБОЛ\ Хвостовой Зонд проведена сортировка в зависимости от фланга магнитосферы. Для каждого случая оценивалась толщина слоя. Построена зависимость толщины слоя от параметра VB_Z, где V - скорость солнечного ветра, и от величины флуктуаций параметров ММП.

Показано, что:

1) Максимальная толщина слоя наблюдпется при Y>0, X<0 (+, вечер, хвост)

2) Тонкий слой наблюдается при Y>0, X>0 (*, утро, лобовая часть)

3) Толстый слой наблюдался в лобовой области при Y<0, X>0, до 0,6 R_E по Y

4) Изученная зависимость подтверждает полученные ранее свойства LLBL: увеличение толщины слоя при северном ММП (Mitchell et al.,1987)

5) При увеличении уровня флуктуаций параметров ММП имеет место тенденция к увеличению толщины слоя. Такое явление можно объяснить в рамках теории, учитывающей перенос плазмы внутри магнитосферы (Антонова Е.Е., 2005г.). В соответствии с данной теорией толщина слоя определяется соотношением: L_Y~D/½<v>½, где D – коэффициент диффузии, а v - скорость регулярного переноса плазмы в Y направлении.

При постоянной v и увеличении флуктуаций параметров ММП возрастает уровень турбулентности внутри магнитосферы, что приводит к увеличению коэффициента диффузии.

Rossolenko S.S., E.E. Antonova, Yu.I.Yermolaev, I.P.Kirpichev, N.L.Borodkova, E.Yu.Budnik, Formation and characteristics of low latitude boundary layer, JASR 9156, 23 July 2007, in press.

Россоленко Светлана Сергеевна, т. 333-13-88, sv_ross@mail.ru

5. Результаты статистического исследования воздействия больших и быстрых скачков динамического давления солнечного ветра на амплитуду вариаций геосинхронного магнитного поля.

Выполнено статистическое исследование воздействия больших и быстрых скачков динамического давления солнечного ветра (возрастаний и спадов) на амплитуду быстрых вариаций геосинхронного магнитного поля. Для этого отобранные события в солнечном ветре за период 1996-2003г.г были сопоставлены с наблюдениями геосинхронного магнитного поля. Показано, что амплитуда отклика геосинхронного магнитного поля зависит от локального времени, величины динамического давления солнечного ветра до прихода возмущения и амплитуды изменения давления солнечного ветра. Однако, при одних и тех же величинах динамического давления солнечного ветра до прихода возмущения, амплитуда геосинхронного отклика пропорциональна амплитуде изменения давления солнечного ветра. При одних и тех же величинах амплитуды изменения давления солнечного ветра, амплитуда геосинхронного отклика будет больше для тех событий, в которых магнитосфера изначально была менее сжата.

Сравнение экспериментальных данных с результатами 3D МГД моделирования дает качественное, а для отдельных событий и количественное, согласие.

Borodkova N.L., Jing-Bo Liu, Zhao-Hui Huang, G.N. Zastenker, Geosynchronous magnetic field response to the large and fast solar wind dynamic pressure change field. J. Adv. Space Res., doi:10.1016/j.asr.2007.05.075, 2007.

Бородкова Наталия Львовна, к.ф.-м.н., т. 333-13-88, nlbor@mail.ru

6. Об особенностях процессов переноса на границе магнитосферы: роль электрического поля и нелинейных магнитных барьеров.

Впервые по данным четырех КА КЛАСТЕР экспериментально показана разница в измерениях потока ионов и дрейфа плазмы в скрещенных полях за счет эффекта конечного гирорадиуса протонов и продемонстрирован механизм ускорения обтекающей плазмы при инерционном дрейфе в неоднородном электрическом поле на тонкой (сравнимой с величиной гирорадиуса протона) магнитопаузе.

Сравнение с аналогичными данными КА ИНТЕРБОЛ-1 показывает, что эти процессы характерны для микромасштабов на границе движущихся плазменных потоков, и открывают новый тип передачи вещества через такие границы и возможность комбинированного нагрева плазмы в неоднородном электрическом поле с наложенной магнитной турбулентностью. Например, за счет совместного действия магнитных и электрических сил внутри токового слоя без магнитного пересоединения обеспечивается измеряемый приток солнечной плазмы и повышение ее эффективной температуры непосредственно под высокоширотной магнитопаузой. Одновременно, в более глубоких прилегающих погранслоях, выявлены черты как непосредственного проникновения плазмы через полярные каспы (вверх по течению от места наблюдения), так и пересоединения магнитных силовых линий в нескольких радиусах Земли на дневной части магнитопаузы.

Таким образом, эксперимент показывает выход из, казалось бы, неразрешимой дилеммы: пересоединение магнитных полей или микродиффузия определяют основной приток солнечной плазмы в земную магнитосферу – их вклад в общем случае сравним, и необходимы многоточечные измерения на микро- и макромасштабах, чтобы определить их взаимную роль.

Проведенное исследование влияния нелинейных микроструктур на свойства пограничного слоя между движущимися слоями плазмы, достаточно неожиданно показало, что при 3х-мерном характере возмущений поток набегающей плазмы может спровоцировать «опрокидывание» магнитных силовых линий на границе, т.е. привести к Альвеновскому коллапсу магнитного поля, сопровождаемых ростом магнитных барьеров между слоями плазмы. Это, в противоположность предыдущему, означает функционирование до сих пор не рассматриваемого в нашей отрасли науки механизма генерации магнитного поля, обеспечивающего разделения движущихся сред. Концепция Альвеновского коллапса была обобщена нами на случай конечного гирорадиуса протонов, что позволило предсказать наличие равновесного течения с тепловой скоростью протонов в окрестности барьеров с масштабами, сравнимыми с гирорадиусом протонов. И действительно, такое течение было обнаружено по данным как КА КЛАСТЕР, так и ИНТЕРБОЛ-1 как раз в областях микробарьров, вырастающих до магнитного давления порядка доминирующего теплового давления взаимодействующих плазм. Несколько неожиданным оказался тот экспериментальный факт, что специфичный погранслой с таким околозвуковым течением плазмы и магнитными микробарьерами может наблюдаться в квазистатическом режиме на расстояниях до радиуса Земли.

И, наконец, было проведено численное моделирование погранслоя с измеренной микротурбулентностью и неоднородным электрическим полем, которое подтвердило как усиление процессов взаимного проникновения плазмы под действием двух комбинированных факторов, так и эффективный нагрев плазмы. Последнее количественно согласуется с наблюдением на КА КЛАСТЕР нагрева однозарядных ионов кислорода при проникновении их из магнитосферы в обтекающий поток солнечной плазмы.

_________ l7(_'_1_£_W____46__7 0 _Z)_V'_')_2_2'8___􀀀³___>S__ ___A$__7=:_________ .7

Figure 1. Данные КА КЛАСТЕР для 24 марта 2001. (а) – поведение модуля магнитного поля по данным спутников SC1 и SC4 во время пересечения магнитослоя и погранслоя; (b) – протонное динамическое (W_k), тепловое (W_t) и магнитное (W_b) давление плазмы, (c) – поведение модуля магнитного поля В и компонент B_x и B_z, (d) – измерения модуля магнитного поля на КА SC1, SC2, SC3 и SC4 вблизи основного барьера, (e) – измерения E_x компоненты на КА SC3 и SC4 вблизи основного барьера, (f) – проекция орбиты КА КЛАСТЕР на плоскость X-Z в системе GSE для 8-11 UT 24.03.2001. Mpnom – обозначает стандартное положение магнитопаузы (МР), MP – первое пересечение МР, магнитослой, барьер и скорость плазмы обозначены, соответственно, как ''MSH'', ''Barrier''и ''A''.

Savin S., E. Amata, M. Andre, et al., Experimental study of nonlinear interaction of plasma flow with charged thin current sheets: 2. Hall dynamics, mass and momentum transfer, Nonlin. Proc. Geophys. 11, 377-392 (2006).

Kuznetsov E. A., Savin, S., Amata, E., Dunlop, M., Khotyaintsev, Y. et al., Strong space plasma magnetic barriers and Alfvenic collapse, JETP Lett. (Письма в ЖЭТФ) 85, 288-293, (2007)

Amata E., Savin, S., Andre, M., et al., Experimental study of nonlinear interaction of plasma flow with charged thin current sheets: 1. Boundary structure and motion, Nonlin.. Proc. Geophys., 13, 365-373 (2006)

Taktakishvili A., G. Zimbardo, E. Amata, S. Savin, A. Greco, P. Veltri, and R. E. Lopez, Ion escape from the high latitude magnetopause: analysis of oxygen and proton dynamics in the presence of magnetic turbulence, Ann. Geophys., 25, 1877–1885 (2007)

Савин Сергей Петрович, д.ф.-м.н., т. 333-11-00, ssavin@iki.rssi.ru

Скальский Александр Александрович, к.ф.-м.н., т. 333-40-24, skalsky@iki.rssi.ru

Романов Станислав Алексеевич, к.ф.-м.н., т. 333-11-00, sroman@mx.iki.rssu.ru,

Кузнецов Евгений Александрович, Чл.-корр. РАН, kuznetso@itp.ac.ru

7. Проникновение струй плазмы магнитослоя внутрь магнитосферы.

Проведен анализ флуктуаций магнитного поля в магнитослое по измерениям на спутнике Geotail и одновременных наблюдений в низкоширотном погранслое магнитосферы Земли на спутнике ИНТЕРБОЛ/Хвостовой зонд. Показано, что амплитуда флуктуаций магнитного поля в магнитослое превышает значение магнитного поля в областях минимумов поля в дневной части магнитосферы под магнитопаузой. В результате должен возникать локальный дисбаланс давления на магнитопаузе в прикаспенных областях и проникновение струй плазмы магнитослоя внутрь магнитосферы.

Россоленко С.С., Е.Е. Антонова, Ю.И. Ермолаев, М.И. Веригин, И.П. Кирпичев, Н.Л. Бородкова, Турбулентные флуктуации параметров плазмы и магнитного поля в магнитослое и формирование низкоширотного погранслоя: многоспутниковые наблюдения 2 марта 1996 г., Космические исследования, направлено в печать.

Антонова Елизавета Евгеньевна, д.ф.-м.н., т. 333-13-88, antonova@orearm.msk.ru.

8. Исследование турбулентности магнитного поля в области каспа.

В текущем году к основному пакету компьютерных программ, разработанных в 2006 г. для решения задачи трехмерного анализа флуктуаций магнитного поля, добавлен ряд программ, позволяющих расширить количество измеряемых величин, используемых при анализе, что повысило достоверность оценки волновых параметров. Улучшено графическое представление результатов. Разработанный мною метод “Трехмерного анализа разностей фаз” (3DPHD) имеет ряд важных преимуществ по сравнению с известным методом “k-фильтра“:

- данный метод позволяет выделять и оценивать вклад в энергию турбулентности когерентных колебаний, представляемых в виде плоских волн, по всему измеряемому спектру частот;

- с его помощью можно оценивать длины пространственного затухания волн;

- он позволяет находить и анализировать дисперсионные зависимости действующих волновых мод в широком диапазоне волновых векторов, для длин волн во много раз более коротких, чем минимальное расстояние между космическими аппаратами, ведущими измерения (нейтрализуя эффект пространственного элайзинга с помощью специального алгоритма).

С помощью доработанных программных средств продолжена обработка и анализ магнитных данных, измеренных на четырех аппаратах Кластера в области внешнего высокоширотного каспа. Анализ данных за 13 февраля 2001 г. показал, что как выше магнитопаузы по потоку, так и на самой магнитопаузе и внутри каспа (что особенно удивительно) постоянно присутствуют когерентные структуры и волны, энергетический вклад которых в турбулентные возмущения составляет от 55% до 65% и выше (в зависимости от рассматриваемого пространственного объема, временного и частотного интервалов усреднения). Коэффициенты когерентности для 2-мин. интервалов показаны на рис.1.

Вдоль всей траектории КА Кластер внутри каспа и перед магнитопаузой по данным измерений 13 февраля 2000 г. были найдены дисперсионные соотношения, а также распределение энергии УНЧ волн по волновым векторам и частотам в системе координат покоящейся плазмы в диапазоне волновых чисел от ~0.002 до ~0.40 рад/км (длин волн от 3000 км до 15 км, при том, что среднее расстояние между спутниками было ~ 600 км) и в диапазоне частот до 10 Гц. (Пример см. на Рис. 2). Кроме того, получены распределения в координатах (k, ω) пространственных длин затухания и параметры поляризации всех когерентных составляющих. (Материал готовится к печати).

Романов С. А. К вопросу нахождения параметров поляризации низкочастотных плазменных волн. Космич. Исслед., т. 45, № 3, 2007.

Романов С.А. Нахождение дисперсии низкочастотных волн в космической плазме по результатам многоспутниковых измерений. Космич. исслед., т.46, №1, 2008 (в печати).

Романов Станислав Алексеевич, к.ф.-м.н., т. 333-11-00, sroman@mx.iki.rssi.ru

9. Исследование положения земной магнитопаузы

Обнаружено что земная магнитопауза сжата на ~ 5% в направлениях перпендикулярных плоскости образуемой векторами солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (Рис. 1). Такое сжатие может являться результатом натяжения обволакивающих магнитопаузу силовых линий межпланетного магнитного поля.

Влияния B_z компонеты межпланетного магнитного поля на положение подсолнечной магнитопаузы по данным спутников Прогноз и Интербол 1 не обнаружено.

Рис. 1. Уменьшение поперечного сечения магнитопаузы плоскостью Y,Z системы координат GIPM с увеличением динамического давления солнечного ветра rV². При всех давлениях rV² характерное значение отношения поперечной R_zGIPM к продольной R_yGIPM осям аппроксимирующего эллипсоида составляет ~ 0.95.

Verigin M., G. Kotova, V.Bezrukikh, G. Zastenker, N. Nikolaeva, Analytical modeling of joint dynamics of the terrestrial magnetopause and bow shock boundaries observed by Prognoz and Interball orbiters, in:International heliophysical year: New insights into solar-terrestrial physics (IHY2007-NISTP), Abstracts, November 5-11, 2007, Zvenigorod, Moscow region, Russia, ISBN 978-5-89513-099-5, p. 130.

Kotova G., M. Verigin, G. Zastenker, N. Nikolaeva, Joint dynamics of the Earths magnetopause and bow shock boundaries: Prognoz/Interball observations and model comparison, ASIII18:Magnetopause & magnetosheath processes, IUGG2007, 2-13 July, Peruggia, Italy, 2007.

Веригин Михаил Иванович, д.ф.-м.н., т. 333-32-33, verigin@iki.rssi.ru

Котова Галина Аврамовна, к.ф.-м.н., т. 333-32-89, kotova@iki.rssi.ru

10. Изучение природы, свойств и происхождения тонких дисперсионных структур (ТДС) в спектрах энергичных частиц.

Тонкие Дисперсионные Структуры (ТДС) в спектрах энергичных частиц во внешней магнитосфере были открыты в эксперименте ДОК-2 на борту спутников Интербол-1 и -2 (1995-2000 гг.). Всего было зарегистрировано более 1000 случаев, когда в спектрах энергичных ионов и электронов наблюдались такие структуры. При этом наблюдались два типа ТДС: “быстрые” с длительностью <3 мин и “медленные”, с длительностью >5 мин.

Показано, что первые, наблюдавшиеся на ночной стороне магнитосферы, имеют время-пролетный характер и соответствуют приходу частиц из хвоста магнитосферы после их импульсного ускорения в плазменном слое. Расчеты траекторий движения частиц в модельном магнитном поле показали, что большая часть этих частиц отражается от внешней магнитосферы и возвращается обратно в плазменный слой. Однако небольшая их часть (<1%) захватывается в области замкнутых силовых линий, начинает градиентно-центробежный дрейф вокруг Земли и является ответственной за “медленные” ТДС. Было показано, что ТДС наблюдаются в спокойном состоянии магнитосферы и являются довольно обычным явлением. Хотя средняя частота наблюдения “медленных” ТДС в авроральных зонах составляет 0,17 в час, они могут совершить несколько оборотов вокруг Земли и даже одно событие дает заметную добавку в полную плотность энергии (54-52%) и полный поток энергии (67-66%) частиц во внешней магнитосфере. Статистический анализ наблюдений и свойств ТДС подтверждает нашу интерпретацию их природы и проясняет роль плазменного слоя хвоста магнитосферы в динамике и пополнении популяции внешнего радиационного пояса.

Примеры спектрограмм для двух типов ТДС: слева – “короткие” (время-пролетная дисперсия), справа – “длинные” (градиентно-дрейфовая дисперсия).

Расчетные траектории движения 150 кэВ протонов для “коротких” (цветные линии) и “длинных” (черные линии) ТДС событий 4.09.1997. Черные кресты – положение спутника во время наблюдения ТДС.

Средние спектры частиц до (черные точки) и во время (синие точки) ТДС событий. Увеличение плотности (на 54-52%) и потока (на 67-66%) энергии, как для ионов, так и для электронов.

Lutsenko V. N., I. P. Kirpichev, T. V. Grechko, and D. Delcourt, Source Positions of Energetic Particles Responsible for the Fine Dispersion Structures: Numerical Simulation Results, Planet. Sp. Sci. 53, 275-281, 2005.

Lutsenko V.N., Gavrilova Е.А., Grechko Т.V., Observation Statistics of Fine Dispersion Structures in Energetic Particle Spectra in Auroral Regions, доклад на Генеральной Ассамблее Европейского Геофизического союза (Вена, 15-20 апреля, 2007г.), направлена для публикации в журнале Annales Geophysicae.

Луценко Вольт Николаевич, к.ф.-м.н., т. 333-20-00, vlutsenk@iki.rssi.ru

11. Экспериментальное исследование пучков ускоренной плазмы наблюдаемых в Пограничном Плазменном Слое хвоста магнитосферы Земли по данным проекта Cluster.

Многоспутниковые измерения Cluster пучков ускоренных ионов (бимлетов) движущихся в Пограничном Плазменном Слое (ППС) позволили разделить временной и пространственный эффекты в наблюдении бимлетов и впервые оценить их минимальную длительность и характерные пространственные размеры. Установлено, что бимлет представляет собой плазменный филамент, вытянутый вдоль силовых линий магнитного поля (характерный продольный размер несколько десятков земных радиусов) и локализованный в направлении перпендикулярном магнитному полю (характерные поперечные размеры не превышают одного земного радиуса). Средняя минимальная длительность бимлета ~ 10мин. Также установлено, что силовые линии магнитного поля, вдоль которых распространяется бимлет, искривлены, в результате чего структура бимлета приобретает вид «змейки».

На основе созданной за отчетный период базы данных пролетов четырехспутниковой системой Cluster хвоста магнитосферы Земли (2001-2003г.г.) (на расстояниях от Земли ~19R_Е, R_Е – радиус Земли), произведен анализ магнитных возмущений высокоширотной границы ППС, наблюдаемых при прохождении по ней высокоскоростных бимлетов. Возмущение границы ППС приводит к увеличению энергии холодной плазмы вытягиваемой из ионосферы в высокоширотные доли хвоста. Показано, что данные возмущения могут быть вызваны неустойчивостью Кельвина-Гельмгольца, возникающей из-за большой разницы скоростей бимлета и окружающей плазмы. Установлено, что возмущения границы ППС распространяются к Земле с альвеновской скоростью и наряду с флэппингом хвоста вносят дополнительный вклад в колебательные движения ППС.

Grigorenko E.E., J.-A. Sauvaud, L.M. Zelenyi, Spatial-Temporal characteristics of ion beamlets in the plasma sheet boundary layer of magnetotail, J. Geophys. Res., 112, A05218, doi:10.1029/2006JA011986, 2007.

Grigorenko E.E.; Hirai, M.; Hoshino, M.; Mukai, T.; Zelenyi, L.M., Signatures of quasi-steady and inductive ion acceleration in the distant magnetotail: Geotail observations.// European Geosciences Union General Assembly 2007, Vienna Austria, 15-20 April, 2007 (abstract number EGU2007-A-06984).

Григоренко Е.Е., Л.М. Зеленый, А.О. Федоров, Ж.-А. Сово, Влияние глобальной топологии межпланетного магнитного поля на свойства ускорительных процессов в дальних областях хвоста магнитосферы Земли, Сборник докладов IV международной конференции «Солнечно-земные связи и предвестники землетрясений», с. Паратунка Камчатской области, Россия, 14-17 августа, 2007, с.с.43-48.

Grigorenko E.E., Burinskaya T.M., Sauvaud J.-A., Zelenyi L.M., Plasma processes at the Plasma Sheet – Lobe Interface. Cluster Observations.// 4-th Alfven Conference, Arcachon, France, 24-28 September, 2007.

Grigorenko E.E., Burinskaya T.M., Sauvaud J.-A., Zelenyi L.M., Plasma processes at the Plasma Sheet – Lobe Interface. Cluster Observations.//International Heliophysical Year 2007: “New insights into Solar-Terrestrial Physics”, November 5-11, Zvenigorod, Moscow Region, 2007, p.39.

Григоренко Елена Евгеньевна, к.ф.-м.н., т. 333-14-67, elenagrigorenko2003@yahoo.com

12. Теоретические исследования свойств бимлетов в хвосте магнитосферы Земли.

Были детально рассмотрены свойства бимлетов (когерентных, локализованных и высокоэнергичных ионных пучков) в хвосте магнитосферы Земли. Удалось найти компромисс между простотой теоретической модели и возможностью использовать полученные результаты для анализа реальных спектрограмм. Используемое нами приближение пробной частицы, не позволяет описать плазменный слой как самосогласованное плазменное образование, поддерживаемое в квазиравновесном состоянии самосогласованными магнитными и электрическими слоями. Однако, четкость и простота теоретического анализа позволяют реализовать численное моделирование, дающее легко интерпретируемый, однозначный результат.

Впервые удалось получить универсальный закон (скейлинг), связывающий энергию частиц в ионном пучке с номером резонансной области, в которой произошло ускорение. Показано, что этот закон является прямым следствием свойств динамики частиц в фазовом пространстве и не зависит от модели геомагнитного хвоста. Более того, по данным спутника Cluster удалось найти экспериментальное подтверждение полученного нами универсального закона. Следует отметить, что скейлинг может быть использован как средство диагностики плазменных процессов, протекающих в дальнем геомагнитном хвосте.

Впервые предложены признаки, которые могут сопровождать включение или выключение источника бимлетов в токовом слое. Показано, что вероятность наблюдения такого рода эффектов мала (~10%).

Проведенные нами исследования вклада собственного тока частиц на окончательную дисперсию бимлетов являются уникальными. Предыдущие теоретические результаты вызывали ряд нареканий из-за расхождения с экспериментальными данными. Впервые показано, что собственные токи ответственны за формирование бимлетов с нормальной дисперсией энергии бимлетов. Аномальная дисперсия также может формироваться в результате влияния возмущения магнитного поля в центре токового слоя, но наблюдение аномальной дисперсии возможно только в особых случаях.

Зеленый Л.М., Долгоносов М.С., Григоренко Е.Е., Сово Ж.-А. Универсальные закономерности неадиабатического ускорения ионов в токовых слоях // Письма в ЖЭТФ. 2007. Т.85. №4. СС.225-231.

Долгоносов М.С., Зеленый Л.М., Григоренко Е.Е., Сово Ж.-А. Транзиентные свойства пространственных структур в пограничной области плазменного слоя // Космические Исследования. 2007. T.46. №6. CC. 563-571.

Zelenyi L. M., Dolgonosov M. S., Peroomian V., Ashour-Abdalla M. Effects of nonlinearity on the structure of PSBL beamlets // Geophys.Res.Lett. 2006. V.33. P.18103. DOI:10.1029/2006GL026176.

Долгоносов Максим Сергеевич, к.ф.-м.н., т. 333-25-00, cactus@iki.rssi.ru

13. Моделирование плазменных систем в хвосте магнитосферы.

1. Измерения спутников ISEE-1,2, Geotail и Cluster продемонстрировали, что тонкие токовые слои в магнитосферном хвосте могут иметь несимметричные профили плотности тока, при этом минимум магнитного поля может не совпадать с максимумом плотности тока. В связи с новыми наблюдательными данными актуальным стал вопрос о том, какие факторы определяют асимметрию токовых слоев. Для его решения исследована самосогласованная модель анизотропного токового слоя, в котором для простоты рассмотрен единственный источник плазмы. Найдены равновесные токовые конфигурации в широком диапазоне изменения параметра, описывающего коэффициент отражения плазменного пучка после взаимодействия с токовым слоем. Показано, что равновесное решение уравнений Власова-Максвелла существует и может быть несимметричным. Асимметрия профиля плотности плазмы и соответствующего магнитного поля вызвана более интенсивными диамагнитными ионными токами на стороне источника. Продемонстрировано, что изменение баланса давлений приводит к смещению токового слоя как целого в сторону, противоположную источнику плазмы. Этот механизм может быть применен для объяснения вертикальных колебаний тонкого токового слоя (так называемого «флаппинга») как движений слоя под действием естественных флуктуаций источников плазмы в долях магнитосферы.

Malova H.V., L.M. Zelenyi, V. Popov, D. Delcourt, A. Petrukovich, A. Runov, Asymmetric thin current sheets in the Earth's magnetotail, Geophys. Res. Lett. V. 34, L16108, doi:10.1029/2007GL030011, 2007.

2. Предложена численная модель бесстолкновительного тонкого токового слоя в хвосте магнитосферы с заданной постоянной компонентой магнитного поля B_z поперек слоя. Слой образован встречными потоками плазмы, которые движутся к нейтральной плоскости из долей хвоста вдоль силовых линий магнитного поля. Модель представляет собой 1D3V версию дискретной модели Власова-Дарвина в методе крупных частиц. Модель является открытой, то есть число модельных частиц в ней может изменяться и поддерживается примерно постоянным в результате соответствующего выбора модельных параметров. Используется новый высокоэффективный алгоритм расчета траекторий частиц, а также новая неявная итерационная схема численного решения уравнений дискретной модели Власова-Дарвина. Это позволяет даже на персональном компьютере рассматривать порядка 10⁷ модельных макрочастиц. В результате численного моделирования получены квазистационарные конфигурации для нескольких вариантов параметров плазмы в долях хвоста. Для контроля силового баланса в слое вычислялось продольное и поперечное давление, а также тензор напряжений. Установлено, что тензор напряжений в токовом слое недиагонален и существенно отличается от гиротропного тензора напряжений в модели Чу-Гольдбергера-Лоу, вычисленного по найденным магнитному полю, а также продольному и поперечному давлению плазмы. При этом оказалось, что в слое относительно точно выполнено уравнение магнитостатики, то есть сила Ампера уравновешивается дивергенцией тензора напряжений.

Мингалев О.В., И.В. Мингалев, Х.В. Малова, Л.М. Зеленый, Численное моделирование силового баланса в бесстолкновительном одномерном токовом слое с постоянной нормальной компонентой магнитного поля, Физика плазмы, Т.33, N 10, С. 1-15, 2007.

3. Существует серьезная теоретическая проблема, связанная с механизмом трансформации энергии тонкого токового слоя во время суббурь, которая в конечном счете сводится к исследованию устойчивости слоя по отношению к тиринг (разрывной) – моде. Развитие тиринг-моды может приводить к пересоединению в хвосте и образованию плазмоидов, что является естественным механизмом пересоединения. В работах 70 и 80-х годов было показано, что для изотропного токового слоя с ненулевой нормальной компонентой магнитного поля тиринг-мода устойчива в реальном диапазоне длин волн, благодаря эффекту «электронной сжимаемости» замагниченных электронов. Попытки ослабить критерий тиринг-неустойчивости или рассмотреть другие моды возмущений (кинк-, баллонную, сосисочную, нижнегибридную ит.д.), не были успешными, и основной вопрос о теории взрывного разрушения токового слоя магнитосферного хвоста во время суббурь долгое время оставался открытым. В рамках линейной теории возмущений впервые проанализирован энергетический баланс тиринг-моды в модели анизотропного самосогласованного ТТС. Получены аналитические оценки энергии возмущения, представляющие собой функционал с нелокальными слагаемыми. Впервые проведена численная минимизация функционала энергии тиринг-моды, найдены собственные функции возмущенного вектора-потенциала, оценены области маргинальной устойчивости в пространстве параметров системы. Показано, что, в отличие от классической модели изотропного токового слоя с ненулевой нормальной компонентой магнитного поля, где положительная энергия электронной сжимаемости полностью стабилизирует токовый слой, в пространстве параметров анизотропного ТС существуют ограниченные области («щели»), внутри которых возможно развитие тиринг-неустойчивости.

Zelenyi Lev, Anton Artemiev, Helmi Malova, Victor Popov, Marginal stability of thin current sheets in the Earth’s magnetotail, Journal of Atmospherical and Solar-Terrestrial Physics, in press, 2007.

4. Проведено аналитическое и численное исследование рассеяния заряженных частиц в токовых слоях с ''колоколообразными'' и ''двугорбыми'' профилями плотности тока. Проанализированы характеристики движения частиц в широкой области изменения параметров системы. Построены аналитическая и численная модели скачков магнитных моментов частиц при пересечении токовых слоев со сложными профилями плотности тока. Получена алгебраическая формула зависимости скачка магнитного момента от параметров слоя, фазы вращения и питч угла. Проанализирован механизм захвата заряженных частиц слоем. Аналитические оценки сравнивались с результатами трассирования частиц и численного интегрирования уравнений движения. Показано, что процессы рассеяния частиц, которые в целом определяются соотношением между радиусом кривизны силовой линии и ларморовским радиусом, существенным образом зависят от профилей плотности тока и магнитного поля. Так, в ''двугорбых'' токовых слоях, в отличие от ''колоколообразных'', могут существовать два рассеивающих центра.

Оводков Д.А., В.Ю. Попов, Х.В. Малова, О характере рассеяния магнитных моментов частиц в сложных токовых конфигурациях, Вестник МГУ, в печати, 2007.

5. Рассмотрена самосогласованная модель токового слоя с тройным расщеплением. Такой слой состоит из трех рядом расположенных сверхтонких токовых слоев (суб-слоев), в которых направление тока в центральной области противоположно направлениям на периферии. Магнитное поле расщепленного токового слоя имеет три нейтральные плоскости, в отличие от классического токового слоя, в котором магнитное поле меняет знак в единственной нейтральной плоскости в центре слоя, а профиль плотности тока имеет монотонную ''колоколообразную'' форму. Динамика частиц в тройном расщепленном токовом слое сложнее, чем в хорошо известных моделях нерасщепленных слоев. Так, спейсеровские ионы движутся по меандровым, петляющим траекториям в центре слоя и могут самосогласованно поддерживать конфигурацию из трех равновесных суб-слоев. Показано, что механизмом образования расщепленного токового слоя может быть накопление в нем квазизахваченной плазмы благодаря стохастическому рассеянию квазиадиабатических инвариантов движения в возникающем сложном профиле магнитного поля. Результаты работы могут иметь важное значение для объяснения сложных динамичных процессов в хвосте магнитосферы Земли, подробно исследуемых в современных спутниковых экспериментах.

Быков А.А., Л.М. Зеленый, Х.В. Малова, Tройной расщепленный токовый слой в магнитосферной плазме: новое равновесие, Физика плазмы, в печати.

6. Представлен обзор, в котором рассмотрены основные механизмы ускорения заряженных частиц в магнитосфере Меркурия. Имеющиеся немногочисленные наблюдения энергичных частиц, проведенные спутником Mariner-10 в 1974–1975 во время пролетов вблизи Меркурия и данные спутника Helios в 1979 в меркурианской головной ударной волне свидетельствуют о том, что в очень динамичной и компактной магнитосфере Меркурия ионная популяция является неадиабатической. Таким образом, следует ожидать очень эффективных процессов ускорения частиц. Однако, по имеющимся данным, механизмы ускорения работают, главным образом, по отношению к электронам, в то время как для ионов ускорение в магнитосфере оказывается очень малым и их энергии не превышают 100 keV. Проведен сравнительный анализ эффективности различных механизмов ускорения (индуктивное ускорение, ускорение импульсной центробежной силой, стохастическое ускорение в турбулентных магнитных полях, взаимодействие волна-частица и ускорение на ударной волне) в магнитосферах Земли и Меркурия. В свете рассмотренных проблем обсуждаются цели будущих научных исследований в магнитосфере Меркурия.

Zelenyi L., M. Oka, H. Malova, M. Fujimoto, D. Delcourt, W. Baumjohann, Particle Acceleration in Mercury’s Magnetosphere, Space Sci. Rev., DOI_10.1007/s11214-007-91693, 2007.

7. Проведено исследование многокомпонентных равновесных тонких токовых слоев в магнитосфере Земли, образуемых при нелинейном взаимодействии нескольких ионных популяций с создаваемым ими самосогласованным магнитным полем. Показана возможность существования устойчивого токового слоя, состоящего из трех рядом расположенных монополярных токовых слоев с чередующейся полярностью тока. Магнитное поле имеет три точки инверсии, в отличие от стандартной конфигурации с одним токовым слоем и одной точкой инверсии магнитного поля.

Быков А.А., Зеленый Л.М., Малова Х.В., Внутренняя структура тонких токовых слоев в магнитосфере Земли, Вестник МГУ, Серия 3, Физика и Астрономия, N6, С. 3-7, 2006.

8. При помощи аналитической аппроксимации численных результатов самосогласованной модели магнитосферного тонкого токового слоя получены аналитические и численные оценки зависимости полного поперечного тока в токовом слое от величины электрического поля, нормальной компоненты магнитного поля, температуры ионов и электронов. Показано, что зависимость тока является нелинейной по параметрам, характеризующим анизотропию потока, отношение температуры ионов к температуре электронов и нормальную компоненту магнитного поля. Оценен относительный вклад различных компонент плазмы в полный ток.

Коржов А.Г., Х.В. Малова, В.Ю. Попов, О законе Ома в тонких токовых слоях магнитосферы Земли, Вестник МГУ, 2007, принято к печати.

Зеленый Лев Матвеевич, Чл.-корр. РАН, т. 333-25-88, lzeleny@iki.rssi.ru

Малова Хельми Витальевна, к.ф.-м.н., тел. 333-25-00, mlv@dec1.sinp.msu.ru

Попов Виктор Юрьевич, Артемьев Антон Владимирович, Коржов Алексей Геннадьевич, Оводков Денис Александрович

14. Исследование электромагнитных волн, генерируемых негиротропными функциями распределения

Исследованы свойства негиротропных ионных распределений, встречающихся в области нейтрального слоя хвоста магнитосферы Земли. Показано, что подобные распределения неустойчивы по отношению к возбуждению электромагнитных волн с волновым вектором, направленным вдоль линии Земля-Солнце. Инкремент волн зависит от параметров «дыры» в пространстве скоростей и температур электронов и ионов.

Sadovski А.. Electromagnetic waves generated by ion distribution with velocity space holes. European Geosciences Union (EGU) General Assembly 2007. Book of abstracts

Sadovski А., Electromagnetic waves generated by nongyrotropic ion distribution. International Heliophysical Year 2007; New Insights into Solar-Terrestrial Physics (IHY 2007- NISTP), November 5-11, 2007, Zvenigorod, Moscow Region, Russia, Abstracts, pp. 106-107.

Садовский Андрей Михайлович, к.ф.-м.н., т. 333-45-34, asadovsk@iki.rssi.ru

15. Новый геомагнитный индекс, характеризующий уровень УНЧ турбулентности

Для возможности создания количественных статистических моделей в космическую геофизику были введены новые геомагнитные волновые индексы, характеризующие уровень УНЧ турбулентности в магнитосфере и солнечном ветре. Эти индексы оказались полезными не только для проблемы ускорения магнитосферных электронов до релятивистских энергий, но и для широкого круга задач солнечно-земной физики: взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой, поиска предвестников геомагнитных бурь, и др.

Pilipenko V., N. Romanova, and L. Simms, ULF Wave Power Index for Space Weather Applications, COST 724 Proceedings, 2007.

Kozyreva O.V., V.A. Pilipenko, M.J. Engebretson, K. Yumoto, J. Watermann, and N. Romanova, In search of new ULF wave index: Comparison of Pc5 power with dynamics of geostationary relativistic electrons, Planet. Space Science, 55, N6, 755-769, 2007.

Romanova N., V. Pilipenko, N. Crosby, O. Khabarova, ULF wave index and its possible applications in space physics, Bulgarian Journal of Physics, 2007.

Пилипенко Вячеслав Анатольевич, д.ф.-м.н., 8-903-6184666, pilipenko_va@mail.ru

16. Исследование взаимодействия альвеновской волны с турбулентным слоем с аномальной проводимостью.

Рассмотрена задача о взаимодействии альвеновской волны с турбулентным слоем с аномальной проводимостью. Высокочастотная турбулентность обуславливает появление не только аномальной продольной, но и поперечной проводимостей плазмы. Альвеновские волны могут частично отражаться от слоя, поглощаться в нем, и проходить сквозь него. При преобладающей продольной проводимости относительная эффективность этих процессов сильно зависит от поперечного масштаба волны. В случае турбулентного слоя, тонкого по сравнению с длиной волны, характерным параметром задачи, определяющим эффективность взаимодействия волны со слоем, является резистивная альвеновская длина, определяемая продольным сопротивлением и альвеновской скоростью над слоем. Сравнение потерь, оцененных по аналитическим соотношениям для тонкого слоя и численно рассчитанных по полным формула для слоя конечной толщины, для разных моделей слоя показывает, что приближение тонкого слоя дает разумные оценки при всех масштабах волны, кроме очень малых. Разработанная модель применена к интерпретации результатов ранних работ по затуханию импульсно возбуждаемых альвеновских колебаний во время взрывной фазы суббури (Pi2 пульсации) в магнитосфере Земли, показавших, что декремент затухания увеличивается при больших амплитудах геомагнитного возмущения. Оценки показывают, что это увеличение затухания связано с появлением аномального сопротивления, когда продольные токи в магнитосфере превышают пороговые значения, необходимые для возбуждения высокочастотной плазменной турбулентности.

Федоров Е.Н., Пилипенко В.A., Вовченко В.В. Взаимодействие альвеновской волны с турбулентным слоем. Геомагнетизм и аэрономия, том 47, № 5, с 606-615, 2007.

Вовченко Вадим Валерьевич, м.н.с. отд.54, т. 333-11-22, a1246@rambler.ru

17. Волновая структура больших магнитных бурь

Несмотря на большой прогресс в изучении геомагнитных возмущений и волновой активности во время экстремально больших магнитных бурь (так называемых «супербурь»), многие особенности наземных эффектов таких бурь остаются невыясненными. Это происходит, прежде всего, потому, что, «супербури» вызываются экстремальным сочетанием параметров солнечного ветра и ММП и, как правило, развиваются по нестандартному сценарию. Еще одна очень сильная магнитная буря 15 мая 2005 г. была вызвана подходом к орбите Земли межпланетного магнитного облака, передний фронт (sheath) которого характеризовался большой плотностью (~ 25-30 см^-3) и скоростью (~ 850 км/с) солнечного ветра и сильными вариациями (до ± 20 нТл) межпланетного магнитного поля (ММП). Целью наших исследований был анализ особенностей волнового почерка начальной и восстановительной фаз этой бури.

Для исследования геомагнитных возмущений и пульсаций были использованы данные наземных магнитных наблюдений 158 станций. Начальная фаза этой бури характеризовалась развитием нетипичным геомагнитным бухтообразным возмущением, наиболее интенсивным (~1000 нТл) не в ночном, а в утреннем секторе магнитосферы. Магнитная бухта, увеличиваясь по амплитуде, быстро распространялась на широты полярной шапки вплоть до геомагнитного полюса. Наиболее интенсивные геомагнитные пульсации в диапазоне частот Рс5-Pi3 (1-6 мГц) также наблюдались в утреннем секторе в области расположения эквивалентного ионосферного тока, на широтах порядка 72-76º. На рисунке показана полученная карта глобального распределения амплитуды геомагнитных пульсаций во время двух интервалов начальной фазы бури в координатах геомагнитная широта - местное магнитное время и динамика эквивалентного ионосферного тока над Скандинавией. Вейвлет структура магнитных пульсаций в полярной шапке и флюктуаций в ММП в общих чертах была подобной, что может свидетельствовать о прямом проникновении волн в полярную шапку из солнечного ветра.

Впервые в начале восстановительной фазы сильной магнитной бури помимо типичных утренних резонансных Рс5 пульсаций обнаружено возбуждение очень интенсивных (~200 нТл) дневных квазимонохроматических геомагнитных пульсаций с периодом ~15 мин, наблюдаемых в замкнутой магнитосфере только в Х-компоненте поля, а час спустя – в послеполуденном секторе полярной шапки в Х- и Y-компонентах поля синфазно на разных широтах. Источником магнитных колебаний внутри магнитосферы могли быть поверхностные волны на магнитопаузе, вызванные импульсом динамического давления солнечного ветра. Геомагнитные пульсации в полярной шапке, по-видимому, были отражением квазипериодических вариаций в системе NBZ продольных токов, вызванных серией импульсных пересоединений в послеполуденном внешнем каспе при больших значениях Bz ММП>0 и Bx ММП<0.

Козырева О.В., Клейменова Н.Г. Геомагнитные пульсации и магнитные возмущения в начальную фазу сильной магнитной бури 15 мая 2005 г. // Геомагнетизм и Аэрономия. Т. 47. №4. С. 501-511. 2007.

Клейменова Н.Г., Козырева О.В Дневные квазипериодические геомагнитные колебания в восстановительную фазу сильной магнитной бури 15 мая 2005 г. // Геомагнетизм и Аэрономия. Т. 47. №5. С. 616-623. 2007.

Kozyreva O., Kleymenova N. Wave signature of substorms during strong magnetic storm on 15^th May 2005// abs. poster, EGU-2007, Vienna, Apr., 16-19, 2007.

Клейменова Наталия Георгиевна, д.ф.-м.н.

IV. Внутренняя магнитосфера Земли

18. Динамика ионных энерго-диспергированных структур вблизи внешней границы плазменного слоя.

Проведен анализ энерго-диспергированных структур протонов и популяций электронов по данным спутника ИНТЕРБОЛ-2 на апогейной части витков 1579( 13.09.1997) и 1276 (02.07.1997). На каждом витке спутник пересекал два раза авроральную зону на высотах 13500-19000 км, сначала при его движении к полюсу (первое сечение), а затем к экватору (второе сечение). Наблюдалась трансформация типов энерго-диспергированных структур вблизи внешней границы авроральной зоны при первом и втором ее сечении: VDIS в TDIS (виток 1579) и TDIS во VDIS (виток 1276). VDIS представляют собой одиночные структуры 0.3-10 кэВ, состоящие из нескольких мелкомасштабных субструктур длительностью 2-5 мин, в то время как TDIS - это повторяющиеся инжекции 1-14 кэВ длительностью 1-3 мин с периодом следования 2-4 мин. Показано, что трансформация VDIS в TDIS и TDIS во VDIS четко связана с фазой суббурь. VDIS наблюдались в магнито-спокойных условиях перед суббурей и на фазе восстановления суббури, TDIS - в главную фазу суббурь.

Ковражкин Р. А., Ж.-А. Сово, Динамика ионных энерго-диспергированных структур вблизи внешней границы плазменного слоя, Косм.исслед.,т.45, вып.4, 306-313, 2007.

Ковражкин Ростислав Алексеевич, д.ф.-м.н., т. 333-54-77, Kovrazhkin@romance.iki.rssi.ru

19. Модель ускорения авроральных частиц с каппа распределением по энергиям в двойных слоях.

Разработана модель ускорения авроральных частиц двойными слоями, принимая во внимание процессы модификации функций распределения. Учтено, что в большинстве случаев экспериментально измеренные функции распределения хорошо апроксимируются каппа распределением. Формирование каппа распределения связано с действием механизмов релаксации в турбулентной магнитосфере в условиях отсутствия столкновений. Показано, что кинетическое рассмотрение формирования немаксвелловских распределений с уменьшенным числом частиц малых энергий дает возможность пересмотреть критерии формирования продольных скачков электростатического потенциала.

Проведен предварительный анализ процессов уярчения ближайшей к экватору дуги полярного сияния во время магнитосферной суббури. Показано, что определяющим фактором такого уярчения является формирование продольных пучков частиц на границе наиболее экваториальной структуры типа перевернутого V. Проведен предварительный анализ роли ускоренных вверх ионосферных ионов в вытягивании магнитных силовых линий во время предварительной фазы суббури.

Антонова Е.Е., Н.О. Ермакова, Ускорение частиц двойными слоями при каппа распределениях, Геомагнетизм и Аэрономия, Т. 47, № 4, с. 450-456, 2007.

Antonova E.E., N.O. Ermakova, Kappa distribution functions and the main properties of auroral particle acceleration, Advances in Space Research, 2007, accepted

Антонова Елизавета Евгеньевна, д.ф.-м.н., т. 333-13-88, antonova@orearm.msk.ru.

20. Механизм высыпания релятивистских электронов из внешней области радиационного пояса.

Предложен новый механизм, приводящий к вспышкам высыпания релятивистских электронов из внешней области радиационного пояса. Этот механизм состоит в рассеянии релятивистских электронов в конус потерь в результате их взаимодействия с мощными узкополосными верхнегибридными волнами на высоких циклотронных резонансах. Согласно экспериментальным данным, такие волны часто наблюдаются вне плазмопаузы. Показано, что релятивистские электроны проходят большее число циклотронных резонансов, чем менее энергичные электроны. Кроме того, эффективность предложенного взаимодействия связана с практически продольным групповым распространением верхнегибридных волн, так что волны и частицы длительное время находятся в одной и той же силовой трубке, что также увеличивает эффективность резонанасного взаимодействия.

Shklyar D. R., and B. Kliem, Relativistic electron scattering by electrostatic upper hybrid waves in the radiation belt.- J. Geophys. Res. (2006), v.111, A06204, doi:10.1029/2005JA011345.

Шкляр Давид Рувимович, д.ф.-м.н., т. 333-45-34, david@iki.rssi.ru

21. Волноводный механизм генерации аврорального километрового излучения

На основе экспериментальных данных, полученных за последнее десятилетие, развита волноводная модель генерации аврорального километрового излучения Земли, описывающая развитие электронной циклотронной мазерной неустойчивости в областях плазмы с пониженной плотностью, имеющих конечную протяженность по одному из размеров в плоскости перпендикулярной магнитному полю. Получено общее дисперсионное уравнение для волн, распространяющихся в произвольном направлении. Численные решения дисперсионного уравнения показали, что инкремент развития неустойчивости увеличивается с ростом компоненты волнового вектора, направленной по касательной к границе источника в плоскости перпендикулярной магнитному полю. Построены собственные волноводные моды и показано, что в общем случае, структура электромагнитного поля внутри источника имеет асимметричный вид, а отношение компонент электрического поля является координатно-зависимой величиной внутри источника, причем компонента электрического поля, направленная перпендикулярно к границе источника, может значительно превосходить компоненту электрического поля, направленную вдоль границы. Показано, что выход аврорального километрового излучения из области источника ограниченных размеров в значительной степени определяется процессами рассеяния на низкочастотных колебаниях, присутствующих, как в области источника, так и на его границах. Проведено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными спутниковых наблюдений.

Буринская Т.М., Ж.Л. Рош, «Волноводный режим циклотронной мазерной неустойчивости в областях плазмы с пониженной плотностью», «Физика плазмы», том 33, N 1, стр. 32-42, 2007

Буринская Татьяна Михайловна, к.ф.-м.н., т. 333-45-34, tburinsk@iki.rssi.ru

22. Определение свойств источника Авролрального Километрового излучения

На основе сравнительного анализа амплитудно-частотных характеристик АКР, одновременно измеренного на двух, пространственно разнесенных спутниках ИНТЕРБОЛ-2 и ПОЛАР, определена диаграмма направленности излучения для различных источников и определено местоположение источников. Для стационарного источника радиоволны распространяются в конусе с раствором ~ ± 25 градусов с центральной осью, направленной вдоль магнитного поля в точке излучения. Диаграмма направленности пульсирующего источника получается шире (~ 60 градусов) и его положение смещено к полюсу, относительно стационарного источника. Для коротких всплесков АКР (одна минута и менее) диаграмма еще более широкая (до 80 градусов). Из полученных результатов сделан вывод, подтверждающий теоретические оценки о существенной роли границ источника в генерации АКР и формировании диаграммы направленности излучения.

Могилевский М.М., Т.В. Романцова, Я. Ханаш, Т.М. Буринская, Р. Шрайбер, Об источнике аврорального километрового излучения, Письма в ЖЭТФ, том. 86, № 11, 2007

Romantsova T, Mogilevsky M, Hanasz, J, Skalsky A, The multi-spacecraft observation of Auroral Kilometric Radiation, Geophysical Research Abstracts, Vol. 9, EGU2007-A-08630, PS2.4-1TH4P-0759, European Geosciences Union, Vienna, 15 – 20 April 2007, Austria, 2007.

Могилевский Михаил Менделевич, к.ф.-м.н., т. 333-14-33, mogilevsky@romance.iki.rssi.ru

23. Исследованы сезонные вариации АКР и механизм формирования барстерной структуры

По результатам обработки двухлетних измерений АКР в эксперименте ПОЛЬРАД на спутнике ИНТЕРБОЛ-2 выявлены сезонные вариации интенсивности АКР: максимум излучения наблюдается в осенне-зимний период, а минимум – в весенне-летний. В работе предложен механизм формирования барстерной структуры АКР – последовательности всплесков излучения с характерными временами порядка 500-1000 сек. Эти всплески возникают за счет самоподавления излучения в источнике под действием восходящих потоков ионосферной плазмы.

Рассчитаны характерные времена выноса ионосферной плазмы до уровня области генерации АКР – они составляют 6-11 минут, что находится в хорошем согласии с результатами измерений АКР на спутнике ИНТЕРБОЛ-2.

Определены характерные размеры источника АКР, для которого механизм отрицательной обратной связи является существенным: обратная связь существует практически всегда, за исключением, когда поперечные размеры источника (относительно магнитного поля) меньше величины сноса частиц (зимой ~ 20 м, летом ~ 30 м).

Моисеенко И.Л., М.М. Могилевский, Сезонные вариации интенсивности и механизм формирования Аврорального километрового Излучения, Сборник докладов IV международной конференции «Солнечно-земные связи и предвестники землетрясений», с. Паратунка Камчатской области, Россия, 14-17 августа, 2007, Дальневосточное отделение РАН, Институт космофизичеких исследований и распространения радиоволн, Петропавловск-Камчатский, 2007, ISBN 5-7442-1446-1, стр. 60-65.

Моисеенко Ирина Леонидовна, т. 333-11-78, imoiseenko@romance.iki.rssi.ru

24. Обзор современных результатов экспериментальных и теоретических исследований физики плазмосферы Земли.

Проведен обзор современных результатов экспериментальных и теоретических исследований физики плазмосферы Земли, полученных до настоящего времени. Рассмотрены существующие модели образования плазмопаузы, подчеркнуто, что до сих пор не существует общепризнанной модели образования этой плазменной границы. Выявлены остающиеся нерешенными вопросы физики опустошения, заполнения и поддержания плазмосферы Земли, тепловой структуры плазмосферы при различной геомагнитной активности.

Котова Г.А., Плазмосфера Земли. Современное состояние исследований (Обзор), Геомагнетизм и аэрономия, 2007, том. 47, №4, с.435-449.

Котова Галина Аврамовна, к.ф.-м.н., т. 333-32-89, kotova@iki.rssi.ru

25. Моделирование носовых структур с помощью самосогласованной численной модели электрических полей.

При помощи разработанной самосогласованной численной модели электрических полей во внутренней магнитосфере исследовано влияние изменения разницы электрического потенциала поперек шапки на концентрацию протонов. Получено, что при уменьшении разницы потенциалов возникают множественные носовые структуры протонов. Меняя входные параметры модели (перепад потенциала на полярной границе, концентрацию частиц на полярной границе), мы рассмотрели динамику формирования носовых структур протонов и роль эффекта экранировки внешнего электрического поля. Получено, что чем больше концентрация частиц на границе, тем сильнее эффект экранировки, и тем больше L-параметр, где формируются носовые структуры.

Ниже представлены энерго-временные спектрограммы протонов во внутренней магнитосфере вдоль среза при постоянном магнитном локальном времени. Сначала разница потенциала увеличивалось в течение 30 минут. Затем, в течение часа она была постоянна, и в течение 30 минут уменьшалось до начального состояния. Показано, что такие структуры формируются в результате уменьшения перепада потенциала не границе и вероятно имеют ту же природу что и явление “дрейфового эха”.

Buzulukova N. and V. Vovchenko, Modeling of proton nose structures in the inner magnetosphere with a self-consistent electric field model. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, In Press.

Вовченко Вадим Валерьевич, м.н.с. отд.54, т. 333-11-22, a1246@rambler.ru

Бузулукова Наталья Юрьевна, к.ф.-м.н., т. 333-11-22, nat@iki.rssi.ru

V. Ионосфера и атмосфера Земли

26. Исследования верхней ионосферы Земли

Показано, что F-рассеяние возникает из-за возникновения в баблах (пузырях) мелких рассеивающих неоднородностей. Такие неоднородности появляются при ветровых сдвигах на высотах 100 км вследствие гравитационно-диссипативной неустойчивости. Важную роль при этом играет быстрая, с высоким инкрементом роста колебаний, неустойчивость электронного компонента плазмы.

Гдалевич Г.Л., А.Х. Депуева, Н.И. Ижовкина, В.Д. Озеров, Плазменные неоднородности в верхней ионосфере и F-рассеяние, Косм. Исследов., 2007 (принята в печать).

По характеристикам ионограмм ионосферных станций установлено, что срывы критических частот слоя F-2 определяют положение экваториальной границы крупномасштабной конвекции плазмы в ионосфере.

Степанов А.Е., В.Л. Халипов, Е.Д. Бондарь, М.С. Заболоцкий, Ионосферные характеристики крупномасштабной конвекции плазмы в магнитосфере, Геомагн. и аэрономия, 2007 (представлена в печать).

Гдалевич Геннадий Лазаревич, д.ф.-м.н., т. 333-52-55, ggdalevi@iki.rssi.ru

Озеров Владимир Дмитриевич, к.ф.-м.н., т. 333-52-55, vozerov@iki.rssi.ru

Халипов Виктор Лаврентьевич, к.ф.-м.н., т. 333-32-89, khalipov@iki.rssi.ru

VI. Планеты и гелиосфера

27. Исследование происхождения намагниченности Меркурия

Предложены новые аргументы в пользу гипотезы о происхождении намагниченности Меркурия и захвате этой планеты в современное резонансное состояние 3:2 для орбитального и собственного вращения при столкновении с другим небесным телом сравнимого размера на ранней стадии эволюции Солнечной системы [13].

Sprague A.; Warell, J.; Cremonese, G.; Langevin, Y.; Helbert, J.; Wurz, P.; Veselovsky, I.; Orsini, S.; Milillo, A. Mercury's Surface Composition and Character as Measured by Ground-Based Observations, Space Science Reviews, 2007, Online First, DOI: 10.1007/s11214-007-9221-3

Веселовский Игорь Станиславович, д.ф.-м.н., т. 939-12-98, veselov@dec1.sinp.msu.ru

28. Моделирование нестационарных процессов во внешней гелиосферы с учетом параметров солнечного ветра, измеряемых на ИСЗ

В рамках нестационарной кинетико-газодинамической модели взаимодействия солнечного ветра с частично-ионизованной локальной межзвездной средой (Izmodenov et al., A&A 429, 1069-1080, 2005) были проведены расчеты, в которых в качестве граничных условий для параметров солнечного ветра принимались данные, полученные на КА Wind, IPM 8. В результате были получены временные и пространственные распределения параметров плазмы и атомов водорода в области гелиосферного интерфейса, а также внутри гелиосферы. В работе Izmodenov et al. (2007) анализировались распределения плазменной компоненты. В рамках модели вычислялись скорости и плотности солнечного ветра вдоль траектории космического аппарата Voyager - 2. Было показано хорошее совпадение теоретических расчетов с данными, полученными на КА Voyager -2 (рис. с,d) в периоды с 1984 по 1995 и с 1999 по 2007 г. (В период с 1995 по 1999 г. КА Voyager -2 находился в переходной области высокоскоростного солнечного ветра, поэтому сравнение для данного периода времени некорректно.)

Хорошее совпадение теоретически рассчитанной скорости солнечного ветра с данными КА Voyager-2 позволяет дать оценку концентрации межзвездных атомов водорода

в окрестности гелиосферной ударной волны: n_H,TS~ 0.1 см^-3.

Исследовалась эволюция положений гелиосферной ударной волны, гелиопаузы и головной ударной волны со временем. На рис. (e.f) показаны флуктуации гелиосферной ударной волны. Видно, что в модели для двух последних солнечных циклов гелиосферная ударная волна флуктуирует вокруг значения 95.5 а.е с амплитудой 7.5 а.е.

Флуктуации гелиосферной ударной волны соответствуют флуктуациям динамического давления солнечного ветра с задержкой в 1-1.2 года

Рис. (а, b) Динамическое давление солнечного ветра на орбите Земли как функция времени; (c, d) Распределения скорости (с) и концентрации, умноженной на r², вдоль траектории КА Voyager-2. Результаты расчетов показаны зеленым. Данные, полученные на КА Voyager-2 показаны черным. Красная кривая соответствует расчетам без учета влияния межзвездных атомов. (е, f) положение гелиосферной ударной волны в направлении навстречу набегающему потоку межзвездной среды (показана черным), а также в направлениях движения космических аппаратов Voygager 1 (показана красным) и Voyager 2 (показана зеленым).

Ответств. исп.: к.ф.м.н. Измоденов В.В., к.ф.м.н. Малама Ю.Г., 3333012, izmod@iki.rssi.ru

Izmodenov V.V., Malama Y.G., Ruderman, M.S., Modeling of the outer heliosphere with the realistic solar cycle, J. Adv. Space Res. (2007), doi:10.1016/j.asr.2007.06.033.

29. Пересечение гелиосферной ударной волны КА аппаратами Voyager 1 и 2.

30 августа 2007 г. КА Voyager -2 пересек гелиосферную ударную волну на расстоянии 84 а.е., что на 10 а.е. ближе расстояния на котором Voyager -1 пересек гелиосферную ударную волны в декабре 2004 г. В рамках кинетико-газодинамических и кинетико-магнитогидродинамических моделей анализ факта пересечения показал, что к такой сильно выраженной асимметрии в положении гелиосферной ударной волны может привести только межзвездное магнитное поле. При этом, угол наклона межзвездного магнитного поля к направлению движения межзвездной среды должен составлять 15-30⁰, а величина напряженности магнитного поля ~3-4 mG.

Ответств. исп.: к.ф.м.н. Алексашов Д.Б., к.ф.м.н. Измоденов В.В., 3333012, izmod@iki.rssi.ru

30. Интерпретация данных по рассеянному солнечному Лайман-альфа излучению полученных на космическом аппарате SOHO на основе нестационарной кинетико-газодинамической модели гелиосферного интерфейса

Проведено сравнение данных по рассеянному солнечному Лайман-альфа излучению, полученных на КА SOHO (прибор SWAN) в период с 1996 по 2005 г., c результатами, полученными теоретически. Теоретическая модель включает: а) нестационарную модель взаимодействия солнечного ветра с локальной межзвездной средой (Izmodenov et al., 2007), б) модель переноса солнечного лайман-альфа излучения с учетом многократного рассеяния. При моделировании распределения атомов внутри гелиосферы, а также при моделировании интенсивности рассеянного излучения использовались интенсивности солнечного лайман-альфа излучения, полученные на КА SORCE (прибор SOLSTICE). В результате моделирования вычислялись спектры рассеянного солнечного лайман-альфа излучения, а также моменты от этой функции распределения — интенсивность излучения, величину допплеровского смещения спектральной линии, а также ее ширину. Эти величины сравнивались с соответствующими величинами, полученными в результате анализа данных КА SOHO. Показано, что существует сильное различие между теоретически и экспериментально полученными интенсивностями рассеянного солнечного лайман-альфа излучения. Характер изменения интенсивности со временем также отличается в теории и эксперименте. Вместе с тем, величины доплеровского смещения и ширины линии хорошо совпадают. Последнее означает, что полученная в модели функция распределения атомов водорода по скоростям хорошо согласуется с экспериментальными данными. Наиболее вероятная причина в расхождении между теоретическими и экспериментальными интенсивностями связана с частотой ионизации, которая используется в модели. В дальнейшем планируется учесть эффекты связанные с зависимостью ионизации от широты в солнечном минимуме.

Quemerais, E., Izmodenov, V., Koutroumpa, D., Y. Malama,Time Dependent Model of the Interplanetary Lyman-alpha Glow: Applications to the SWAN data, Astron. Astrophys., в печати.

Ответств. исполнитель: к.ф.м.н. Измоденов В.В., к.ф.м.н Малама Ю.Г., лаб. 534, 3333012, izmod@iki.rssi.ru

31. Поглощение звездного лайман-альфа излучения на границе гелиосферы

Распределения атомов водорода, полученные в результате параметрических расчетов в рамках трехмерной кинетико-магнитогидродинамической модели использовались для вычисления спектров поглощения в области гелиосферного интерфейса и сравнивались со спектрами, со спектрами, полученными на Hubble Space Telescope (HST) в направлении 20 ближних звезд.. Сравнение показало, что 1) изменение распределения атомов водорода в области гелиосферного интерфейса под влиянием межзвездного поля влияет на спектры гелиосферного поглощения, хотя и не очень сильно, 2) сравнение вычисленных нами спектров поглощения с данными HST показало, что в головной части гелиосферного интерфейса наилучшее согласование теории и эксперимента достигается для относительно небольших величин межзвездного магнитного поля B=1.5-2.5 микро Гаусса и направлений магнитного поля составляющих углы 15-45 градусов с направлением набегающего потока межзвездной среды. Для получения более точных оценок необходимо исследовать влияние дополнительных факторов, не учитываемых в настоящее время в модели;

Было также показано, что из-за влияния магнитного поля существует значительная асимметрия в распределении атомов водорода, рожденных в области между гелиосферной ударной волной и гелиопаузой. Эта асимметрия существенно проявляется в спектрах поглощения в направлениях, проходящих через хвостовую часть области взаимодействия. С целью обнаружения поглощения в области внутреннего гелиошиса нами был проведен анализ звездных спектров в линии лайман-альфа, реконструированных после учета межзвездного поглощения. Впервые было показано, что наблюдаемое синее смещение в спектрах поглощения обусловлено поглощением в области внутреннего гелиошиса, которое максимально именно в хвостовой области.

к.ф.м.н. Измоденов В.В., лаб. 534, 3333012, izmod@iki.rssi.ru

Wood B.E., Izmodenov V.V., Linsky J.L., Aleksashov, D.B., Dependence of heliospheric Lyman-alpha absorption on the interstellar magnetic field, The Astrophysical Journal, Volume 659, Issue 2, pp. 1784-1791, 2007.

Wood, B.E., Izmodenov V.V., Linsky J.L., Malama Yu.G., Lyman-alpha Absorption from Heliosheath Neutrals, The Astrophysical Journal, Volume 657, Issue 1, pp. 609-617, 2007.

32. Взаимодействие ударных и ионизационных фронтов с неоднородной межзвездной средой.

Проведено численное моделирование ускоренного движения сферической нейтральной оболочки, формируемой ионизационно-ударным фронтом в неоднородной межзвездной среде. Использовалась модель трехкомпонентной частично ионизованной водородной плазмы с малыми примесями кислорода, азота, углерода, кремния, железа. Учтены радиационные потери энергии, обусловленные фоторекомбинациями и возбуждением с последующим высвечиванием метастабильных уровней примесных ионов.

Предложена и реализована аппроксимация функции охлаждения, допускающая проведение расчетов в широком диапазоне изменения степени ионизации и температуры газа.

Исследован процесс формирования оболочки при расширении газа, ионизируемого и нагреваемого источником ультрафиолетового излучения. Определены характерное время возникновения оболочки, её масса и ускорение. Найдено, что толщина оболочки значительно (почти на порядок) может превышать оцениваемую по известным в литературе приближенным формулам. Тем самым данные расчетов указывают на возможность существования в окрестности горячих звезд «каплевидных» конденсаций со значительно большими, чем считалось ранее, массами.

Сформулирована приближенная модель, описывающая двумерные неустановившиеся движения плотной оболочки. На основе модели выполнены расчеты эволюции длинноволновых возмущений параметров газа. Выявлены эффекты кумуляции массы и импульса холодного вещества, образование протяженных уплотнений с высокой дисперсией скоростей частиц среды, возникновение в оболочке ударных волн. Полученные результаты позволяют объяснить происхождение наблюдаемых в околозвездном газе «пальцеобразных» нейтральных конденсаций.

С целью сопоставить особенности развития неустойчивости тонкой оболочки с проявлением неустойчивости Рихтмайера-Мешкова проведены расчеты импульсного ускорения контактной поверхности раздела двух сред в условиях, близких к экспериментам Мешкова. Установлено количественное согласование результатов расчетов с экспериментальными данными. Кумулятивные эффекты при импульсном ускорении выражены слабо.

Отв. исп.: д.ф.м.н. Краснобаев К.В., Тагирова Р.Р., лаб. 534, 3333012, kvk-kras@list.ru

Котова Г.Ю., Краснобаев К.В. - Нелинейные деформации ускоренно движущейся

излучающей оболочки. // Журн. хим. физики . 2008. (в печати).

Котова Г. Ю., Краснобаев К.В. - Нелинейные деформации ускоренно движущейся излучающей газовой оболочки. Материалы ХХХI академических чтений по космонавтике. 2007. Москва.

Тагирова, Р.Р. – Кумуляция массы и импульса в ускоренно движущейся жимаемой среде. Тезисы докладов конференции молодых ученых ИКИ РАН. 2007. Москва.

Краснобаев, К.В., Тагирова, Р.Р. – Накопление массы и импульса в ускоренно движущейся сжимаемой среде. Тезисы докладов научной конференции «Ломоносовские чтения». Секция механики. 2007. Москва.

Котова Г.Ю., Краснобаев К.В. – Ускорение и фрагментация фотоиспаряемой газовой оболочки. Тезисы докладов Седьмой Международной школы-семинара «Модели и методы аэродинамики». 2007. Евпатория.

Краснобаев К. В., Тагирова Р.Р. – Двумерное неустановившееся ускоренное движение плотного слоя газа. Тезисы докладов школы-семинара «Современные проблемы аэрогидродинамики». 2007. Туапсе.

Тагирова Р.Р. - Влияние переменного ускорения на развитие возмущений поверхности тангенциального разрыва. Тезисы докладов школы-семинара «Современные проблемы аэрогидродинамики». 2007. Туапсе.

Тагирова Р.Р. – Влияние режимов ускорения на развитие неустойчивости тангенциального разрыва. Труды конференции молодых ученых НИИМех МГУ. 2007. (в печати).

Котова Г.Ю., Краснобаев К.В., Тагирова Р.Р. – Двумерные неустановившиеся движения фотоиспаряемых газовых оболочек. Сборник статенй, посвященный 85-летию

акад. Г.Г. Черного. 2008. (в печати).

33. Распространение нелинейных волн в неравновесно излучающей космической плазме.

Численно исследованы эффекты усиления двумерных инфразвуковых волн конечной амплитуды в атмосфере при модуляции коэффициента поглощения солнечного излучения.

Согласно известным в литературе теоретическим моделям усиление акустических возмущений возможно в случае достаточно высокой непрозрачности атмосферы. Однако этот вывод основан на анализе частных решений модифицированного уравнения Бюргерса, полученного в приближении слабой нелинейности. Использованный численный метод свободен от таких ограничений, что позволило определить структуру и характерные времена нарастания возмущений, оценить характеристики поглощающей примеси, обеспечивающие усиление волн. Показано, что усиление волн может иметь место на высотах порядка 20 км, если массовое содержание поглощающей примеси около одного процента, а размер пылинок составляет несколько микрон. При этом время нарастания возмущений порядка нескольких минут.

Отв. исп.: д.ф.м.н. Краснобаев К.В., лаб. 534, 3333012, kvk-kras@list.ru

Краснобаев К.В. - Усиление низкочастотных акустических волн в атмосфере под воздействием солнечного излучения. Тезисы докладов Всероссийской конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». 2007. Москва.

34. Обтекание источников излучения потоками космической плазмы.

Проведены расчеты пространственного распределения мощности тепловыделения при прогреве звездного ветра рентгеновскими квантами. Сопоставлены результаты численных расчетов поля течения в плоском одномерном и в осесимметричном движениях. Показано, что геометрия движения существенно влияет на характерные масштабы прогрева потока и на параметры плазмы в окрестности рентгеновского источника. Ожидаемые частоты осцилляций превышают предсказываемые моделью однородного течения. В осесимметричном движении происходит локальное повышение мошности теплоподвода. При этом максимум притока тепла сдвигается в направлении источника

Отв. исп.: д.ф.м.н. Краснобаев К.В., лаб. 534, 3333012, kvk-kras@list.ru

К. В. Краснобаев - Эффекты неодномерности при обтекании рентгеновского источника

звездным ветром. Тезисы докладов Всероссийской конференции «Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра (НЕА-2006)». 2006. Москва.

VII. Теоретические исследования

35. Исследование короны аккреционного диска черной дыры

На основе модели Галеева, Рознера и Вайаны (GRV) для короны аккреционного диска черной дыры проведена оценка характерных времен генерации магнитного поля и пересоединения. Показано, что в области около внутреннего края диска пересоединение способно подавить генерацию поля, и, следовательно, должен возникнуть сильный нагрев плазмы, что может привести к образованию области горячей плазмы возле черной дыры. Показано, что в рамках модели GRV в короне возможна диссипация до 60% полной энергии диска. При этом добавочный нагрев около внутреннего края может внести достаточно большой вклад в излучение в соответствии с моделью типа «сомбреро».

Sadovski A. The revised GRV model of accretion disc coronae. Memorie della Societa Astronomica Italiana, v.78, p.413, 2007.

Садовский Андрей Михайлович, к.ф.-м.н., т. 333-45-34, asadovsk@iki.rssi.ru

36. Разработка методов расчета самосогласованных электромагнитных полей и параметров бесстолкновительной плазмы при локальных и волновых возмущениях в манитосфере.

Рассмотрено взаимодействие плазменной волны с захваченными электронными сгустками при наличии слабого магнитного поля, ориентированного поперек направления распространения волны. Аналитическими и численными методами исследованы различные режимы взаимодействия в зависимости от параметров рассматриваемой физической системы. Основные результаты работ опубликованы в статье [1].

Исследована динамика заряженных частиц в поле квазимонохроматической свистовой волны, распространяющейся в слабо неоднородной плазме. Уравнения движения электронов приведены к каноническому виду, который можно использовать для аналитических и численных расчетов гирорезонансного взаимодействия волны с частицами плазмы. По результатам опубликована статья [2].

1. В.Л. Красовский. Затухание плазменной волны с захваченными частицами в слабом поперечном магнитном поле, Физика плазмы, выпуск 10, 2007.

2. V.L. Krasovsky. On the electron dynamics in the field of a whistler wave propagating along a magnetic field in a weakly inhomogeneous plasma, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Vol. 69, p. 969 (2007).

3. V.L. Krasovsky. R.Z. Sagdeev and L.M. Zeleniy. Wave-trapped particle interaction in a weak transverse magnetic field, Physics Letters A, Vol. 360, p. 713 ( 2007).

4. V.L. Krasovsky. Steady nonlinear electrostatic plasma wave in a weak transverse magnetic field,

Journal of Plasma Physics , Vol. 73, p 179 ( 2007).

В.Л.Красовский, к.ф.-м.н., тел.333-41-67. e-mail: vkrasov@mx.iki.rssi.ru

37. Разработка каталога рентгеновского излучения солнечных вспышек.

В 2007 году продолжалось исследование и информация, полученной полупроводниковым спектрометром РПС-1 в проведенном космическом эксперименте «КОРОНАС-Ф». Проводился поиск и отбор мягких рентгеновских вспышек, временные профили которых (временные зависимости скоростей счета сигналов в энергетических интервалах 3-5; 5-8; 8-16 кэВ) не были сильно искажены захваченным излучением радиационных поясов Земли (РПЗ), высоким фоновым излучением Солнца (мягкие рентгеновские вспышки регистрировались только при низком уровне солнечной активности). Исключались из рассмотрения вспышки значительная часть временных профилей их развития обрывалась заходом КА в тень Земли. К настоящему времени отобрано несколько десятков таких вспышек, которые сопоставлены и подтверждены данными с КА GOES. По этим данным ведется современная классификация рентгеновских солнечных вспышек. Классы отобранных вспышек пришлись на интервал от В1.0 до С1.2. Высокое временное разрешение (спектры снимались через каждые 16 сек), а также достаточно высокое энергетическое разрешение, позволили детально исследовать временные особенности вспышек и эволюцию их спектров, что существенно дополняет данные GOES. Показано, что жесткость фонового излучения увеличивается с солнечной активностью. Устойчивое функционирование устройства в течение всего периода активного существования спутника доказало, что использованные в эксперименте новые экспериментальные методы могут применяться при продолжительных наблюдений Солнца и других источников рентгеновского излучения

V.M. Pankov, V.L. Prokhin, N.G. Khavenson, A.I. Stepanov, A.A. Gusev. Solar flares in soft x-rays registerd in experiment "CORONAS-F". Доклад на международной конференции ²International Heliophysical Year: New Insights into Solar-Terrestrial Physics (IHY2007-NISTP)², November 5-11,2007, Zvenigorod, Russia.

V.M. Pankov, V.L. Prokhin, N.G. Khavenson, A. A. Gusev, U.B. Jayanthi. Observation of weak solar flares from CORONS-F satellite. Направлено в журнал ²Earth, Planets and Space².

В.М.Панков, гл.конструк. проекта, тел.333-30-45, e-mail: vpan-iki@yandex.ru

38. Численное моделирование образования античастиц, изотопов легких элементов и нейтральных частиц во внутренней магнитосфере и в переходной области.

Антипротоны возникают при взаимодействии галактических космических лучей либо непосредственно при ядерном взаимодействии с остаточной атмосферой, либо при распаде антинейтронов возникающих в том же взаимодействии. Антипротоны, захватываемые магнитосферой, образуют радиационные пояса античастиц. Результат компьютерного моделирования данного процесса показал, что поток таких антипротонов сосредоточен на оболочке L = 1.2 в пределах питч-углов 90°±8 °. Его спектр резко падает при энергии 1-2 ГэВ. Величина потока в 60-6 раз больше чем галактических. Поток порождаемых ГКЛ в атмосфере нейтронов в 10⁹ раз больше, чем антинейтронов, летящих в обратную полусферу по отношению к направлению падения ГКЛ. Подобно тому, как от распада нейтронов альбедо появляется внутренний радиационный пояс протонов (энергия > 30 MeV), распад антинейтронов приводит к созданию пояса антипротонов с потоками в 10⁹ меньшими, чем протонов. Эти антипротоны сосредоточены на L = 1.4 с максимальным потоком примерно в 100 раз большим, чем поток от прямого рождения протон-антпротонных пар. Суммарная масса античастиц в поясах составляет соответственно 0.1 и 1.5 ng.

K.C. Talavera, U.B. Jayanthi, A.A. Gusev, S.P. Seth. Antiprotons at balloon altitudes: Source due to interstellar and geomagnetically trapped antiprotons. Направлено в ²Journal of Advances in Space Research².

A.A. Gusev, J. Bikford, W.M. Spjeldvik. The inner and outer radiation belts and antimatter mass content in the Earth Magnetosphere. Доклад на международной конференции ²International Heliophysical Year: New Insights into Solar-Terrestrial Physics (IHY2007-NISTP) ², November 5-11,2007, Zvenigorod, Russia

A.Gusev, G. Pugacheva, V. Pankov, J. Bickford, W. Spjeldvik, U. Jayanthi, I. Martin. Antiparticle content in the magnetosphere. Принято к печати в Advances in Space Research, 02.11.2007 Manuscript Number: PRBEM1-0024-06R1

В.М.Панков, гл.конструк. проекта, тел.333-30-45, e-mail: vpan-iki@yandex.ru

39. Прибор для измерения спектров и динамики заряженных частиц средних энергий на ИСЗ для прогноза землетрясений

Спроектирован прибор для измерения спектров и динамики заряженных частиц средних энергий для эксперимента на ИСЗ с целью предсказания землетрясений. Метод определения очага возможного землетрясения основана на эффекте зависимости от энергии времени регистрации потоков частиц возмущённых электромагнитным излучением тектонического происхождения.

В.М.Панков, О.Л.Вайсберг, Е.Н.Евланов, А.А.Гусев, В.Н.Смирнов, Г.И.Пугачева, Н.С.Ерохин. Космический мониторинг потоков низкоэнергичных электронов с целью прогноза землетрясений. Сборник тезисов докладов IV международной конференции Солнечно-земные связи и предвестники землетрясений, 4-17 августа 2007 г., ИКИР ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, с.89.

В.М.Панков, О.Л.Вайсберг, Е.Н.Евланов, А.А.Гусев, В.Н.Смирнов, Г.И.Пугачева, Н.С.Ерохин. Космический мониторинг потоков низкоэнергичных электронов с целью прогноза землетрясений. Сборник докладов IV международной конференции Солнечно-земные связи и предвестники землетрясений, 14-17 августа 2007 г., ИКИР ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский с.430-435.

В.М.Панков, гл.конструк. проекта, тел.333-30-45, e-mail: vpan-iki@yandex.ru

40. Рентгеновское излучение Земли в околоземном космическом пространстве

Рентгеновское излучение Земли в околоземном космическом пространстве вызывается тормозным излучением электронов, высыпающихся из магнитосферы, и воздействием на атмосферу галактических космических лучей. Долговременные наблюдения ночной атмосферы (07.2001-12.2005) позволили получить данные о величине потоков и энергии рентгеновских квантов, от этих источников и их сезонную зависимость.

Интенсивность излучения ночной атмосферы с увеличением энергии регистрируемых квантов падает. В диапазоне энергий 3-5 кэВ светится вся ночная атмосфера, причем наиболее ярко в южном полушарии в районах Тихого и Индийского океанов. В северном полушарии наиболее яркое свечение в высоких широтах. В более низких широтах интенсивность свечения слабее и в некоторых районах вообще отсутствует. При энергии более 8 кэВ прибор регист-рировал сигналы только в районах РПЗ.

Наблюдаются сезонные особенности в свечении атмосферы в разных ее районах: летом свечение ночной атмосферы в диапазоне 3–5 кэВ на северных намного слабее, чем от ее остальной части. Излучение с энергией более 5 кэВ в значительной части северного полушария летом не наблюдается. В течении летнего сезона наблюдается “разрыв” границы северного РПЗ от Атлантики до Чукотки. Эта граница восстанавливается зимой, а также летом 2004 г. ближе к минимуму солнечной активности. Южная граница РПЗ устойчива при смене сезона. “Разрыв” границы РПЗ на высоте 500 км в северном полушарии, возможно, объясняется эффектом нагрева верхней атмосферы Земли ультрафиолетом Солнца, который естественно интенсивнее летом, и особенно вблизи максимума солнечной активности: атмосфера поднимается и, из-за ее более высокой плотности на данной высоте, низкоэнергичные частицы РПЗ, находящиеся там (и их тормозное излучение) поглощаются Например, летом 2004, вдали от максимума солнечной активности, северная граница внешнего пояса не имеет “разрывов”. Слабое 3 – 5 кэВ свечение в области “разрыва” вероятно вызвано возбуждением молекул атмосферы галактическими космическими лучами и последующим восстановления молекулярного состояния

V.M. Pankov, V.L. Prokhin, N.G. Khavenson, A.A. Gusev, A.A. Lazarev. X-rays of the night terrestrial atmosphere (experiment "CORONAS-F"). Доклад на международной конференции “International Heliophysical Year: New Insights into Solar-Terrestrial Physics (IHY2007-NISTP)“, November 5-11,2007, Zvenigorod, Russia

В.М.Панков, гл.конструк. проекта, тел.333-30-45, e-mail: vpan-iki@yandex.ru

41. Исследование вероятностных явлений в задачах динамики заряженных частиц, развитие методов адиабатической теории возмущений и их приложение к системам с упругими отражениями.

Исследование островов устойчивости в области переходов через сепаратрису в гамильтоновых системах с быстрыми и медленными движениями.

Рассмотрена гамильтонова система с двумя степенями свободы, одна из которых соответствует быстрым движениям, а другая – медленным (частный случай натуральной системы был исследован в 2006 году). При замороженных значениях медленных переменных на фазовом портрете быстрых переменных имеются сепаратрисы. В ходе эволюции медленных переменных сепаратрисы медленно (со скоростью порядка ε) движутся и фазовые траектории могут их пересекать. Многократные переходы через сепаратрису приводят к возникновению хаотической динамики в соответствующей области фазового пространства системы. При дополнительных условиях симметрии доказано, что в этой области на каждом уровне энергии существует много, порядка 1/ε, устойчивых периодических траекторий системы, каждая из которых окружена островом устойчивости меры порядка ε. Таким образом, суммарная мера областей устойчивости есть величина порядка 1. По результатам работы подготовлена статья, принятая в журнал «Труды Математического института РАН им. В.А.Стеклова».

А.И.Нейштадт (руководитель), д.ф.-м.н., т. 333-51-45, e-mail: aneishta@iki.rssi.ru

А.А.Васильев, к.ф.-м.н., т. 333-53-46, e-mail: valex@iki.rssi.ru

42. Исследование устойчивости периодических траекторий в области переходов через сепаратрису в гамильтоновых системах с быстрыми и медленными движениями.

Рассмотрена гамильтонова система с двумя степенями свободы, одна из которых соответствует быстрым движениям, а другая – медленным. При замороженных значениях медленных переменных на фазовом портрете быстрых переменных имеются сепаратрисы. В ходе эволюции медленных переменных сепаратрисы медленно (со скоростью порядка ε) движутся и фазовые траектории могут их пересекать. Многократные переходы через сепаратрису приводят к возникновению хаотической динамики в соответствующей области фазового пространства системы. Ранее в работах лаборатории было доказано, что при дополнительных условиях симметрии в этой области на каждом уровне энергии существует много, порядка 1/ε, устойчивых периодических траекторий системы, каждая из которых окружена островом устойчивости меры порядка ε. В настоящей работе доказывается, что: а) при отсутствии этих условий симметрии система по-прежнему имеет порядка 1/ε периодических решений на каждом уровне энергии, б) все они, за исключением, быть может, траекторий, проходящих аномально близко к седловой точке или к краю области переходов через сепаратрису, неустойчивы.

А.И.Нейштадт (руководитель), д.ф.-м.н., т. 333-51-45, e-mail: aneishta@iki.rssi.ru

А.А.Васильев, к.ф.-м.н., т. 333-53-46, e-mail: valex@iki.rssi.ru

43. Исследование переходов через сепаратрису в модели прохождения через резонанс Фешбаха в газе ферми-атомов.

Рассмотрена модель образования Бозе-Эйнштейновского конденсата двухатомных молекул из ферми-атомов при медленном прохождении величины внешнего магнитного поля через фешбаховский резонанс. Задача сводится к исследованию гамильтоновой системы с одной степенью свободы и явной медленной зависимостью от времени. При медленном изменении магнитного поля происходит переход через сепаратрису на фазовом портрете системы. При переходе происходит квазислучайный скачок величины адиабатического инварианта системы, для которого получена асимптотическая формула. Величина этого скачка пропорциональна доле атомов, остающихся в ферми-моде после прохождения через резонанс.

А.А.Васильев, к.ф.-м.н., т. 333-53-46, e-mail: valex@iki.rssi.ru

А.П.Итин, к.ф.-м.н., т. 333-53-46, e-mail: alx_it@yahoo.com>

44. Изучение свойств темного состояния в атомно-молекулярном Бозе-Эйнштейновском конденсате.

Исследована модель конверсии атомарного Бозе-Эйнштейновского конденсата в молекулярный Бозе-Эйнштейновский конденсат с помощью 2-х частотных лазерных импульсов.  Разработана теория нелинейного стимулированного рамановского адиабатического перехода (nonlinear stimulated Raman adiabatic passage, STIRAP). Задача сведена к исследованию гамильтоновой системы с двумя степенями свободы и явной медленной зависимостью от времени (зависимость от времени происходит за счет медленного изменения амплитуды двух лазерных импульсов). Темное состояние (dark state) соответствует положению равновесия системы с замороженными параметрами. Система, линеаризованная около темного состояния, обладает только вещественными собственными частотами. Однако, в определенном интервале параметров, была найдена и исследована нелинейная неустойчивость за счет резонанса 1:1.  Выведено условие адиабатичности процесса. 

А.П.Итин, к.ф.-м.н., т. 333-53-46, e-mail: alx_it@yahoo.com>

45. Исследование применимости метода усреднения и теории адиабатических

инвариантов для описания динамики в системах с отражениями.

Проведено исследование поведения трассы луча в плавно нерегулярном волноводе с отражающими стенками, заполненном неоднородной средой. Получена оценка изменения адиабатического инварианта при переходе от режима распространения луча без отражения от стенок волновода к режиму с отражениями (переход через сепаратрису).

А.И.Нейштадт (руководитель), д.ф.-м.н., т. 333-51-45, e-mail: aneishta@iki.rssi.ru

И.В.Горелышев, т. 333-53-46, e-mail: igor_gor@iki.rssi.ru

46. Исследование влияния резонансных явлений на перемешивание в течениях на микромасштабах.

Исследовано перемешивание в микрокаплях под влиянием термокапиллярного эффекта в присутствии неоднородного поля температуры и повехностных явлений. Продемонстрировано, что перемешивание вызвано переходами через сепаратрису, возникающую при суперпозиции дипольной и квадрупольной компоненты термокапиллярного течения. Получены асимптотические формулы, описывающие прохождения через сепаратрису. Получены оценки для размера области перемешивания и скорости перемешивания.

Исследована хаотическая адвекция в МГД-течении в периодической системе ячеек под воздействием периодического по времени возмущения. Показано, что хаотическая адвекция вызвана резонансом между частотой возмущения и частотой невозмущённой системы. Получены асимптотические формулы, описывающие прохождение через резонансы и захват в резонанс.

Д.Л.Вайнштейн, к.ф.-м.н., т. 333-53-46, e-mail: dvainsh@iki.rssi.ru

VIII. Ведущиеся неопубликованные работы и экспериментальные разработки

47. Изучение микровспышек в рентгеновском диапазоне излучения Солнца.

По данным проекта Интербол за период с 1995 по 1999г.г. для малых солнечных событий (с мощностью потока рентгеновского излучения не более 10^-7 Вт/м²) обнаружен ряд особенностей их энергетического спектра: сдвиг максимума частоты появления событий в жесткую сторону энергетического диапазона от 2 до 15 кэВ, локализация максимального количества рентгеновских всплесков в узких полосках энергетического спектра от 2 до 15 кэВ.

Ведется проверка этих явлений по данным проекта RHESSI.

Мирзоева Ирина Константиновна к.ф.м.н., т. 333-14-67, colombo2006@mail.ru

48. Начато исследование влияния флуктуаций в магнитослое на формирование низкоширотного пограничного слоя.

Проведен анализ результатов многоспутниковых наблюдений 2 марта 1996 года. Во время исследуемого события Интербол/Хвостовой зонд пересекал низкоширотный погранслой на вечернем фланге магнитосферы, спутник Geotail – ударную волну и магнитослой, а спутник WIND измерял параметры солнечного ветра. Подробно анализировались показания приборов Коралл, Электрон и МИФ на спутнике Интербол/Хвостовой зонд. Сравнивались флуктуации компонент магнитного поля и скорости плазмы в солнечном ветре и магнитослое по измерениям на спутниках WIND и Geotail.

Показано, что во время измерений уровень флуктуаций магнитного поля в магнитослое превышал значение магнитного поля внутри магнитосферы в прикаспенной области. Обсуждается возможность локального нарушения баланса давления на магнитопаузе и проникновения плазмы магнитослоя внутрь магнитосферы. В ходе рассмотренных процессов внутри магнитосферы могут сформироваться наблюдаемые на эксперименте плазменные струи в LLBL.

Rossolenko S.S., E.E. Antonova, Yu.I.Yermolaev, M.I.Verigin, I.P.Kirpichev, N.L.Borodkova, E.Yu.Budnik, Magnetosheath turbulence and low latitude boundary layer (LLBL) formation, Proceedings of the 30^th Annual Seminar “Problems of Geocosmos”, Apatity, 2007, p. 81-81.

Rossolenko S. S., E. E.Antonova, Yu. I. Yermolaev, M. I. Verigin, I. P. Kirpichev, N. L. Borodkova, E. Yu. Budnik, Magnetosheath Turbulence and Low Latitude Boundary Layer (LLBL) Formation, WDS’07 Proceedings of Contributed Papers, Part 2, 50–56, 2007.

Россоленко Светлана Сергеевна, т. 333-13-88, sv_ross@mail.ru

49. Вклад вариаций динамического давления солнечного ветра в динамические процессы на ночной стороне магнитосферы.

Большие и быстрые изменения динамического давления солнечного ветра, наряду с южной ориентацией межпланетного магнитного поля (ММП), приводят к возникновению различных возмущений в магнитосфере и ионосфере. Считается, что возрастание динамического давления солнечного ветра оказывает превалирующее воздействие на процессы в дневной магнитосфере, в то время как южное направление ММП определяет динамику ночной стороны магнитосферы. При определенных условиях в межпланетной среде, большие и быстрые возрастания давления солнечного ветра также могут вносить существенный вклад в динамику ночной стороны магнитосферы.

Целью данной работы являлось изучение, на примере нескольких событий, воздействия скачков динамического давления солнечного ветра на динамические процессы внутри магнитосферы и авроральной области, как на дневной, так и на точной стороне. Для этого были выбраны события, связанные с большим и резким возрастанием динамического давления солнечного ветра, наблюдавшиеся при постоянной скорости и температуре солнечного ветра и при спокойных условиях внутри магнитосферы. Для отобранных событий были определены вариации геосинхронного и наземного магнитного поля, изменения потоков энергичных частиц на геосинхронной орбите и изменение светимости аврорального овала.

На примере изучения нескольких событий было обнаружено три разных типа авроральной активности на ночной стороне, возникающих в ответ на компрессионное воздействие на магнитосферу. Было показано, что рост динамического давления солнечного ветра, сопровождающийся слабо отрицательной Bz компонентой ММП может вызывать развитие псевдобрейкапа, а резкий спад давления солнечного ветра приводит к прекращению авроральной активности. При сильно южной ориентации ММП приход импульса давления солнечного ветра может приводить к развитию суббури или к ее дальнейшему усилению. При северном направлении ММП усиление авроральной активности на ночной стороне ионосферы не наблюдалось.

Материал готовится к печати.

Бородкова Наталия Львовна, к.ф.-м.н., т. 333-13-88, nlbor@mail.ru

50. Исследование особенностей механизмов ускорения ионов в хвосте магнитосферы Земли по данным спутника Geotail.

Анализ функций распределения по скоростям ионов и электронов, формирующих пучки ускоренной плазмы (бимлеты) измеренных спутником Geotail на различных расстояниях от Земли, позволил выделить два типа пучков ускоренной плазмы, особенности функций распределения которых, объясняются различными пространственно-временными характеристиками источников их ускорения. Пучки первого типа, представляющие собой локализованные в фазовом пространстве структуры и наблюдающиеся вместе с изотропными электронными распределениями в течение 10-20мин, являются результатом неадиабатического резонансного ускорения частиц в пространственно-локализованных областях токового слоя (ТС) расположенных с земной стороны от дальней Х-линии (на расстояниях о Земли ≥ 110 R_Е,). Статистический анализ распределения энергий этих пучков (произведенный на основе 197 случаев) в направлении утро-вечер показал, что ионы, формирующие такие пучки могут быть ускорены постоянным электрическим полем утро-вечер при их неадиабатическом взаимодействии с ТС в дальних областях хвоста. Второй тип пучков характеризуется высокой параллельной температурой ионов и анизотропными электронными распределениями, состоящими из холодной и горячей компонент, движущихся вдоль магнитного поля навстречу друг другу. Характеристики пучков этого типа указывают на то, что их ускорение происходит вблизи Х-линии в одном пространственно протяженном источнике, образованном в результате слияния отдельных резонансных источников. Статистический анализ распределений энергий таких пучков (266 случаев) в направлении утро-вечер показал, что квазистационарный режим ускорения является недостаточным, для того чтобы объяснить появление энергичных плазменных пучков на утреннем фланге хвоста. Дополнительным механизмом является ускорение ионов индукционным электрическим полем, появляющимся в области магнитной турбулентности вблизи Х-линии.

По результатам проведенного исследования готовится публикация.

Григоренко Елена Евгеньевна, к.ф.-м.н., т. 333-14-67, elenagrigorenko2003@yahoo.com

51. Изучение устойчивости плазменного потока, движущегося вдоль магнитного поля, относительно возбуждения неустойчивости К – Г в сжимаемой плазме в трехслойной системе.

С целью объяснения магнитных возмущений высокоширотной границы пограничной области плазменного слоя, наблюдаемых при прохождении в этой области высокоскоростных потоков плазмы, проведено исследование устойчивости плазменного потока, движущегося вдоль магнитного поля, относительно возбуждения неустойчивости Кельвина – Гельмгольца (К – Г) в сжимаемой плазме в трехслойной системе. Обнаружено, что в отличие от случая двух плазменных потоков, когда развитие неустойчивости К – Г возможно только, если звуковое число Маха не превышает 2 (М_S<2), в трехслойной системе неустойчивость может возбуждаться при любом числе Маха. При M_S>2 развитие неустойчивости К – Г возможно только для длинноволновых возмущений, причем в ограниченном диапазоне волновых чисел. Показано, что для параметров плазмы характерных для пограничной области плазменного слоя с максимальным инкрементом развивается квази-антисимметричная мода, что соответствует данным наблюдений.

По результатам проведенного исследования готовится публикация в JGR.

Буринская Татьяна Михайловна, к.ф.-м.н., т. 333-45-34, tburinsk@iki.rssi.ru

52. Исследование распределения давления и плотности поперечных токов в ближнем плазменном слое.

Проводился анализ распределения давления горячей плазмы и магнитного поля в магнитосфере Земли. Использованы данные одновременных наблюдений приборами КОРАЛЛ, ДОК-2, Электрон, СКА-2 и МИФ в эксперименте ИНТЕРБОЛ/Хвостовой зонд. Измеренные потоки частиц позволили восстанавливать профили давления вдоль траектории полета спутника на геоцентрических расстояниях от 8 до 20 радиусов Земли с высокой точностью. Проводился анализ спокойных и возмущенных периодов. Проведены оценки градиентов давления, позволившие определить плотность магнитостатически равновесных поперечных токов. Отобраны события при возмущенных геомагнитных условиях, когда присутствуют одновременные данные с различных приборов. Показано, что плазменный параметр β сравним или больше 1 не только в возмущенные, но и в спокойные периоды. Это указывает на то, что плазма является активным участником в процессах динамики и формирования плазменного слоя. Обнаружены районы с резкими плазменными границами.

По результатам проведенного исследования готовится публикация.

Кирпичев Игорь Петрович, к.ф.-м.н., т. 333-44-67

Писаренко Новомир Федорович, д.ф.-м.н., т. 333-41-88, , mira@iki.rssi.ru

53. Свойства Аврорального километрового излучения на полярной границе авроральной области.

Анализировались одновременные измерения на спутнике ИНТЕРБОЛ-2 низкоэнергичной и высокоэнергичной плазмы, измерения электромагнитных волн на сверхнизких и высоких частотах. В случаях, когда спутник находился вблизи полярной границы аврорального овала, и когда эта граница двигалась относительно спутника к полюсу, наблюдались следующие особенности:

- Излучение на сверхнизких частотах и поперечный разогрев низкоэнергичных ионов этими волнами;

- Генерация электромагнитного излучения вблизи локальной гирочастоты электронов.

Материалы были доложены на конференции IUGG 2007 и готовятся к опубликованию.

Чугунин Дмитрий Владимирович, м.н.с. отд. 54, т. 333-11-22, dimokch@iki.rssi.ru

54. Разработка гипотезы о механизме генерации магнитосферных Рс3 пульсаций

По данным спутников Interball, Geotail и Cluster и сети наземных станций экспериментально обосновывается новая гипотеза о механизме генерации магнитосферных Рс3 пульсаций. В отличие от существующих представлений, предполагается, что первичным источником этих колебаний являются не волны в форшоковой области, а турбулентность магнитослоя.

Pilipenko V., O. Chugunova, N. Shevyrev, G. Zastenker, Source of Magnetospheric Pc3 Pulsations: Change of Paradigm? in: International heliophysical year: New insights into solar-terrestrial physics (IHY2007-NISTP), Abstracts, November 5-11, 2007, Zvenigorod, Moscow region, Russia, ISBN 978-5-89513-099-5.

Чугунова Ольга Михайловна, к.ф.-м.н., т. 904-19-96, Ch_Olga@nln.ru

55. Численное моделирование электрических полей во внутренней магнитосфере при изменении концентрации плазмы во внешней магнитосфере.

Для исследования образования электрического поля конвекции во внутренней магнитосфере Земли была разработана самосогласованная модель.

В этой модели частицы разделены по энергии. Движение частиц определяется путем осреднения по магнитной силовой трубке дрейфовой скорости частиц. Электрическое поле определяется из продольного и ионосферного токов. Магнитное поле предполагается дипольным, а функция распределения частиц - изотропной. В численных расчетах показано, как изменяется электрическое поле во внутренней магнитосфере Земли при изменении концетрации плазмы во внешней магнитосфере. Исследуется возможность возникновения перестановочной неустойчивости при уменьшении концентрации плазмы.

Разница электрического потенциала поперек полярной шапки 60 (kV). Концентрация на внешней границе (10 Re) соответствует ¼ начальной.

По результатам проведенного исследования готовится публикация.

Вовченко Вадим Валерьевич, м.н.с. отд.54, т. 333-11-22, a1246@rambler.ru

56. Разработка схемы использования характеристик сигнала ОНЧ передатчика для обнаружения сейсмической активности.

Разработана общая последовательная схема использования наблюдаемого на спутнике спектрального уширения сигнала ОНЧ передатчика для обнаружения сейсмической активности. Эта схема включает механизмы образования мелкомасштабных неоднородностей плотности плазмы, и возбуждения квази-электростатических нижнегибридных волн в результате рассеяния сигнала передатчика на мелкомасштабных неоднородностях. Оба эти процесса исследованы на количественном уровне.

Результаты готовятся к печати. (Совместно с В.М. Чмыревым и В.М. Сорокиным).

Шкляр Давид Рувимович, д.ф.-м.н., т. 333-45-34, david@iki.rssi.ru

57. Развитие новой методики численного моделирования ОНЧ спектрограмм.

Развита новая методика численного моделирования ОНЧ спектрограмм, связанных с излучением молниевых разрядов, которая объединяет методы геометрической оптики и спектрального анализа, что позволяет получать модельные спектрограммы, максимально приближенные к реальным.

Результаты подготовлены к публикации в журнале Annales Geophysicae.

(Совместно с Prof R.L.O. Storey).

Шкляр Давид Рувимович, д.ф.-м.н., т. 333-45-34, david@iki.rssi.ru

58. Мониторинг параметров нейтронного излучения.

Измерения на борту спутников малой массы (микроспутников) позволяют заметно увеличить точность мониторинга параметров космической радиации, особенно нейтронных излучений. Сопоставление потоков нейтронов малых энергий, зарегистрированных при пролете через одну и ту же область в отсутствие каких-либо возмущений на МКС (масса ~ 140 тонн) и на борту микроспутника «Колибри-2000» (масса 20.5 кг.) показало, что существенный вклад в счет детекторов оказывает вторичная радиация, которая связана с взаимодействием энергичных заряженных частиц галактических космических лучей и радиационных поясов Земли с самим аппаратом. Важно отметить, что в обоих экспериментах - эксперимент «Скорпион» на МКС и прибор АЧП на «Колибри-2000» - измерения проводились идентичным оборудованием (Klimov, Zvenigorod).

Klimov S.I., V.G.Rodin, L.M.Zelenyi, V.N.Angarov. Development of the method of the creation of micro-satellite (~ 50 kg) platforms for the fundamental and applied research of the Earth and near-earth outer space. Small Satellites for Earth Observation. Digest of the 6^th International Symposium of the International Academy of Astronautics, Berlin, April 23-26, 2007. Edited by Rainer Sandau, Hans-Peter Roeser, Arnoldo Valenzuela. Wissenschaft und Technik Verlag, Berlin. p. 311-314.

Лисаков Ю.В., С.И.Климов, О.В.Лапшинова, Н.М.Пушкин, А.С.Машков. Анализ измерений квазистационарных электрических полей в приповерхностной зоне орбитального комплекса МИР. Космические исследования, 2007, том 45, № 3, с. 270-273.

Климов Станислав Иванович, д.ф.-м.н., т. 333-11-00, sklimov@iki.rssi.ru

59. Выбор оптимальных орбит спутников проекта РЕЗОНАНС

Рассмотрена задача о перегруппировке спутников проекта РЕЗОНАНС при переходе от первой фазы исследований (приэкваториальная область) ко второй (Авроральная область). Найдены и проанализированы параметры оптимального перехода.

И.Э. Белова И.Э., М.М. Могилевский, Т.В. Романцова, М.И. Яновский, А.И. Шейхет, Орбиты и стратегия измерений проекта РЕЗОНАНС. Доклад на конференции Space, Ecology, Nanotechnology, Safety (SENS 2007), 27-29 June, 2007, Varna, Bulgaria, Third Scientific Conference with international participation. Материалы готовятся к опубликованию в сборнике трудов этой конференции.

Белова Ирина Эдуардовна, т. 333-11-78, ibelova2004@mail.ru

60. Компьютерное моделирование прохождения потоков ионов от мишени до масс-спектрометра для эксперимента МОМА.

Проведено компьютерное моделирование прохождения потоков ионов от мишени до масс-спектрометра для эксперимента МОМА европейского проекта ExoMarc. В качестве транспортировочного узла была выбрана система из последовательно расположенных электростатических квадрупольных электронных линз. Результаты расчетов показали высокую эффективность такой системы с точки зрения ее большого пропускания потока частиц, незначительного веса и простоты изготовления.

Goesmann F., A. Remizov, et al, Mass-spectrometer MOMA for project ExoMars, talk to MOMA Workshop in MPS, Katlenburg-Lindau, Germany, August 6-7, 2007.

Ремизов Анатолий Петрович, к.ф.м.н., т. 333-32-89, aremizov@iki.rssi.ru

61. Сбор информации по проекту THEMIS, наноспутникам и разработка предложений по организации в ИКИ центра спутниковой связи под микроспутники.

В течение 2007 года работа велась по сбору информации по проекту THEMIS, а также по наноспутникам ( весом от 1 до 3 кг). Готовится выступление на семинаре отдела "Информационная и наземная поддержка проекта THEMIS". Также были разработаны предложения по организации в ИКИ РАН центра спутниковой связи под микроспутники типа КубСат, и для приема данных с МКС под программу "Обстановка". Предложения рассматриваются. Пилотный проект такого центра организован в г. Троицк на общественных началах для школьников.

Зайцев Александр Николаевич, д.ф-м.н., zaitsev@izmiran.ru