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, акад. РАН Л.М. Зелёный

I. Солнце и солнечная корона

1. Выяснение причин экстремальных возмущений на Солнце и в гелиосфере в 23-м цикле солнечной активности.

Теоретически и экспериментально исследованы общие и специфические характеристики экстремальных солнечных и гелиосферных событий, вызвавших наиболее сильные возмущения космической погоды в околоземном космическом пространстве. Установлено, что все такие события обусловлены магнитогидродинамическими процессами на фотосфере и под ней. Наиболее общая причина таких явлений - быстрые горизонтальные и вертикальные движения, сопровождающиеся индукционными и электростатическими явлениями в атмосфере Солнца.

Для описания и классификации указанных событий были применены новые методы безразмерного масштабного анализа, базирующиеся на диссипативном МГД подходе и плазменной кинетике. При этом впервые введены в рассмотрение Триестские числа для характеристики степени открытости петельных структур по потокам массы, энергии и импульса. Важным результатом явилось лучшее понимание физической роли глобальных, мезомасштабных и мелкомасштабных процессов на Солнце и в гелиосфере. Выявлена их нелокальная и нелинейная связь между собой. Получены дополнительные свидетельства, что вспышки и корональные выбросы массы сопутствуют друг другу, не будучи причиной или следствием по отношению друг к другу.

Вспышечно-подобные и CME-подобные события отличаются по другому безразмерному параметру, характеризующему относительную роль электромагнитных потерь и кинетической энергии движения плазмы в эруптивном процессе. Относительная роль индукционных и кулоновских электрических полей характеризуется числом Фарадея, которое введено в рассмотрение и оценено для вспышек и корональных выбросов массы.

На основе анализа всей совокупности отечественных и зарубежных работ по исследованию экстремальных солнечных событий и связанных с ними геомагнитных бурь в 23-м солнечном цикле сформулированы нерешенные вопросы и перспективы дальнейших исследований в данной области. В их числе:

- измерение электрических полей на Солнце с помощью наблюдений эффекта Штарка,

-регистрация «белого» излучения солнечных вспышек с помощью космических телескопов с высоким пространственно-временным разрешением,

- мониторинг фотосферных и подфотосферных процессов для улучшения прогнозирования эруптивных явлений, долговременные комплексные наблюдения для более высокой статистической обеспеченности данными, ретроспективный анализ и разработка усовершенствованных теоретических моделей.

Veselovsky I.S. , Panasyuk M.I., Yermolaev Yu.I. and Zelenyi L.M. Strong perturbations on the Sun and in the heliosphere leading to large geomagnetic storms: Similar and individual characteristics. Advances in Space Research, 2008. (Available online 12 September 2008) doi:10.1016/j.asr.2008.09.001

Веселовский Игорь Станиславович, д.ф.-м.н., проф., т. 939-1298, veselov@dec1.sinp.msu.ru

Ермолаев Юрий Иванович., д.ф.-м.н., т.333-1388, yermol@iki.rssi.ru

Зеленый Лев Матвеевич, акад. РАН, д.ф.-м.н., проф. т. 333-2588, lzeleny@iki.rssi.ru

2. Исследование распределения рентгеновских вспышек на Солнце по их длительности.

Создана обширная база данных о времени нарастания около 40000 рентгеновских вспышек и способ ее визуализации в виде гистограмм и кинофильмов на протяжении 21, 22 и 23 солнечных циклов по данным космических аппаратов с минутным разрешением по времени. Кинофильмы представлены на сайте (http://dec1.sinp.msu.ru/~pavrus/) для различных классов вспышек по их яркости.

Новый результат состоит в том, что распределение вспышек по времени их нарастания хорошо аппроксимируется единым логнормальным распределением, параметры которого зависят от класса вспышки и меняются от цикла к циклу. «Импульсные» (длительность менее 20-30 минут) и «длительные» вспышечные события (от получаса до суток и более) принадлежат одной статистической популяции в пределах разброса от 1 до 3 статистических отклонений.

Веселовский И.С., Прохоров А.В.. Статистические распределения и классификация рентгеновских вспышек по их длительности на Солнце. Астрон. Вестник, т. 42, №2, с. 186- 192, 2008. DOI:10.1007/s11208-008-2008-6

Веселовский Игорь Станиславович, д.ф.-м.н., проф., т. 939-1298, veselov@dec1.sinp.msu.ru

3. О переменности излучения Солнца в белом свете во время вспышек и циклов активности.

Представлены новые теоретические аргументы в пользу необходимости получения более точной количественной информации об излучении Солнца с высоким пространственно-временным разрешением и чувствительностью в белом свете во время солнечных вспышек и в течение солнечных циклов. В настоящее время нет достаточных данных для ответа на вопрос о доминирующих пространственно-временных масштабах в энергетике этих процессов, вносящих основной вклад в переменную составляющую излучения Солнца в его главном энергетическом канале диссипации, так как нужные измерения в белом свете до сих пор не производились. Необходимая интегральная точность порядка 0,1% может быть обеспечена лишь при наблюдениях за пределами атмосферы. Сформулированы требования к возможному телескопическому эксперименту по проведению абсолютно калиброванных измерений на ИСЗ с достаточной стабильностью и точностью для этой цели. Результаты выполненного исследования представляют более широкий астрофизический интерес.

Veselovsky I.S. and Koutchmy, S. Scientific requirements for future spatially resolved white-light and broad-band high-cadence observations of the Sun. Advances in Space Research, 2008. doi:10.1016/j.asr.2008.10.020

Веселовский Игорь Станиславович, д.ф.-м.н., проф., т. 939-1298, veselov@dec1.sinp.msu.ru

4. Анализ сценария вспышечных событий малых баллов, сопровождающихся рентгеновскими вспышками.

Было установлено, что реальный токовый слой имеет неоднородную структуру – состоит из отдельных волокон, каждое из которых развивается не одновременно с соседними. При такой структуре в токовом слое возможно возникновение микроразрывов. В каждом микроразрыве возникает электрическое поле, ускоряющее электроны и ионы, которые генерируют рентгеновское излучение, наблюдаемое нами в диапазоне от 2 до 15 кэВ. Такой отдельный разрыв мы можем связать с элементарным актом вспышечного энерговыделения. При этом вспышка будет выглядеть как цепочка довольно быстрых элементарных актов энерговыделения в хромосфере или короне Солнца с последовательной перестройкой плазменно-магнитной конфигурации как в окрестности каждого такого акта, так и в волокне токового слоя в целом. Таким образом вспышечный процесс может иметь не только интегральную мозаичную структуру (продольную структуру), но и определенную ступенчатую (вертикальную) структуру, т.е. вспышка – это еще и последовательный иерархический процесс.

Н.Ф. Писаренко, И.К. Мирзоева, Рентгеновские всплески и возможный сценарий слабых солнечных вспышек. Космические исследования, т. 46, №1,с.90-93, 2008.

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

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

5. Исследование связи длительного нетеплового излучения солнечных вспышек и эффекта Нойперта.

В ряде солнечных вспышек найдены моменты времени, соответствующие эпизодам ускорения, когда эффект Нойперта не выполняется, а доля рентгеновского излучения уменьшается по сравнению с микроволновым. Это свидетельствует о преимущественном ускорении и взаимодействии электронов в оптически тонкой мишени и малой доли их энергии идущей на нагрев плазмы, т.е. высоком корональном источнике высокоэнергичных частиц. Исследование такого источника представляется весьма важным в связи с проблемой происхождения солнечных протонов и электронов, регистрируемых в межпланетном пространстве после длительных вспышек. Для этого необходимо создание нового поколения телескопов жесткого рентгеновского и гамма излучения с высокой чувствительностью и низким фоном.

А.Б. Струминский и И.В. Зимовец, Длительное нетепловое излучение солнечных вспышек и эффект Нойперта, Письма в АЖ, 2008, т. 34, № 10, с. 777-787.

A. Struminsky, Long term non-thermal emission of solar flares and the Neupert effect, 37th COSPAR Scientific Assembly. Held 13-20 July 2008, in Montréal, Canada., p.3066

А.Б. Струминский и И.В. Зимовец, Длительное нетепловое излучение солнечных вспышек и эффект Нойперта Конференция по солнечно-земной физике, Пулково, июль 2008

А.Б. Струминский и И.В. Зимовец, Длительное нетепловое излучение солнечных вспышек и эффект Нойперта, Семинар под руководством профессора Сомова Б.В. "Космическая электродинамика и физика Солнца". ГАИШ, Москва.

Струминский Алекей Борисович, к.ф.-м.н., т. 333-1467, astrum@iki.rssi.ru

6. Оценка времени прихода первых релятивистских солнечных протонов на Землю.

В солнечном протонном событии 13 декабря 2006, когда интенсивность первичных γ-квантов была мала, массивный гамма-детектор космического базирования ACS SPI оказался более эффективным инструментом для наблюдения начала протонного возрастания на орбите Земли, чем существующая сеть нейтронных мониторов. Начало протонного возрастания по данным ACS SPI наблюдалось на 11 мин раньше, чем начало наземного возрастания. Необходим пересмотр интерпретации данного события, сложившейся на основе наземных данных и создание детектора солнечных протонов и электронов космического базирования с низким уровнем собственного фона.

А.Б. Струминский и И.В. Зимовец, К оценке времени прихода первых релятивистских солнечных протонов на Землю, Известия РАН, серия физическая, № 3, 2009, в печати

A. Struminsky, On estimates of first solar proton arrival, 37th COSPAR Scientific Assembly. Held 13-20 July 2008, in Montréal, Canada., p.3065

А. Струминский и И. Зимовец, К оценке времени прихода первых релятивистских солнечных протонов на Землю, Всероссийская конференция по космическим лучам, Санкт-Петербург, июль 2008

A. Struminsky and I. Zimovets, On estimates of first solar proton arrival, European Cosmic Ray Symposium, Kosice, Slovakia, September 2008

Струминский Алекей Борисович, к.ф.-м.н., т. 333-1467, astrum@iki.rssi.ru

7. Обнаружение радио-бесшумного прекурсора жесткого рентгеновского излучения солнечной вспышки.

Проведен детальный анализ теплового и нетеплового излучения крупной солнечной вспышки класса X3.4. По данным антисовпадательной защиты спектрометра (ACS/SPI) на борту космического аппарата ИНТЕГРАЛ обнаружен мощный всплеск нетеплового жесткого рентгеновского излучения в диапазоне энергий > 150 кэВ за десять минут до начала импульсной фазы вспышки. Установлено, что источник мягкого рентгеновского излучения прекурсора располагался в центре аркады вспышечных петель, наблюдаемых детектором XRT на борту аппарата HINODE. Особенность прекурсора – отсутствие значительного потока микроволнового излучения от ускоренных электронов, генерирующих нетепловое жесткое рентгеновское излучение, а также полное отсутствие радио излучения в метровом-дециметровом диапазоне. Наблюдательные факты могут свидетельствовать о возможности начала энерговыделения и ускорения большого количества электронов на низких высотах в солнечной короне в активной области за десятки минут до начала вспышки. Результаты исследования могут быть полезны для понимания процессов, происходящих в активных областях Солнца и приводящих к вспышкам.

Zimovets I.V., Gros M., Struminsky A.B., Evidence of the radio-quiet hard X-ray precursor of the 13 December 2006 solar flare. JASR 2008 (in press).

Зимовец И.В., аспирант, т. 333-1467, ivanzim@iki.rssi.ru.

8. Исследование квазипериодических пульсаций нетеплового излучения двухленточных солнечных вспышек.

Исследовано поведение микроволнового и жесткого рентгеновского излучений, проявляющих четкие 1-3 минутные квазипериодические пульсации, в двух крупных солнечных вспышках 29 мая 2003 г. и 19 января 2005 г. С помощью космического аппарата RHESSI, позволяющего получать детальные изображения вспышечных областей в мягком и жестком рентгеновском излучении с пространственным разрешением около 2-х угловых секунд и временным разрешением около 4-х секунд, исследована динамика источников нетеплового жесткого рентгеновского излучения. Во время фазы квазипериодеческих пульсаций источники двигались преимущественно вдоль вспышечных лент и оснований аркады вспышечных петель, наблюдаемых в ультрафиолетовом излучении космическими аппаратами TRACE и SOHO. В рамках классической “пересоединительной” 2D модели солнечных вспышек поток нетеплового жесткого рентгеновского излучения из источников должен коррелировать со скоростью их движения, перпендикулярной линии инверсии магнитной полярности. Установлено, что это не так во время фазы квазипериодических пульсаций обеих вспышек. После фазы пульсаций источники двигались предпочтительно перпендикулярно линии инверсии магнитной полярности, что согласуется с классической двумерной моделью эруптивных солнечных вспышек. Основной результат работы: отдельные пульсации нетеплового жесткого рентгеновского излучения соответствуют различным актам энерговыделения, происходящим в своих собственных участках вспышечной аркады и, вероятно, обладающих значительным широм. Наблюдения не согласуется с “классическими” моделями типа “плазменной магнитной ловушки”, подверженной магнитогидродинамичным колебаниям. Однако физический механизм квазипериодичности энерговыделения окончательно не ясен.

Рис. 1. Изображение области солнечной вспышки класса X1.3 19 января 2005 года, сделанное при помощи космического аппарата TRACE в линии ультрафиолета 1600 А (черно-белый рисунок) в 08:25:30 UT. Светлые участки – вспышечные ленты и отдельные уярчения. Цветные крестики и кружки – центры наиболее ярких источников нетеплового (50-100 кэВ) и теплового (12-18 кэВ) жесткого рентгеновского излучения, соответственно, в различные моменты времени. Цветная панель – шкала времени. Очевидно движение источников в ходе вспышки.

Zimovets I.V., Struminsky, Imaging observations of quasi-periodic pulsatory non-thermal emission in two-ribbon solar flares. A.B. Solar Physics, 2008 (submitted).

Zimovets I.V., Struminsky A.B., Imaging observations of quasi-periodic pulsatory non-thermal emission in ribbon solar flare. Eprint arXiv:0809.0138.

Зимовец И.В., аспирант, т. 333-1467, ivanzim@iki.rssi.ru.

II. Солнечный ветер

Исследование динамики резких границ мелкомасштабных структур солнечного ветра.

На основе сопоставлений одновременных наблюдений потока ионов солнечного ветра на нескольких (в том числе и далеко отстоящих друг от друга) космических аппаратах изучена динамика их резких границ. Показано, что в ряде случаев эти резкие границы сохраняют свою форму и длительность при распространении солнечного ветра на очень больших расстояниях – вплоть до 0.6 а.е.

P.A. Dalin, 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 Space Science, V.56, pp.398-405, 2008.

G.N. Zastenker, O.V. Khabarova, M.O. Riazantseva, P.A. Dalin, N.L. Borodkova, N.N. Shevyrev, P.E. Eiges, Ya. Safrankova, Z. Nemecek, Some new features of solar wind small-scale structures dynamics, Международная конференция "Плазменные явления в солнечной системе: открытия К.И. Грингауза - взгляд из XXI века" ИКИ РАН, Москва, 9 - 11 июня 2008.

Застенкер Георгий Николаевич, д.ф.м.-н., проф., т. 333-1388, gzastenk@iki.rssi.ru

9. Анализ пространственной группировки резких и больших скачков потока ионов (плотности) солнечного ветра.

Установлено, что «встречаемость» резких и больших скачков потока ионов солнечного ветра распределена в пространстве сильно неравномерно – имеются области с редким появлением таких скачков и турбулентные области, в которых подобные скачки наблюдаются весьма часто. Показано, что число таких скачков в сутки резко возрастает с увеличением плотности ветра , модуля межпланетного магнитного поля и величины их среднеквадратичных отклонений от среднего значения. Предложен модельный параметр, хорошо описывающий влияние указанных вариаций и согласующийся с систематическими наблюдениями солнечного ветра на спутнике Интербол-1.

O.V. Khabarova, G.N. Zastenker , Sharp solar wind density changes in turbulent regions,

including heliospheric current sheet (статья подготовлена к отправке в журнал Annales

Geophysicae).

Khabarova O.V., Zastenker G.N., Sharp changes of solar wind density as a feature of turbulent regions, including heliospheric current sheet. Russian-Bulgarian Conference Fundamental Space Research; Sunny Beach, Bulgaria, September 22-28, 2008. Book of abstracts, pp.414-415.

O.V. Khabarova, G.N. Zastenker. Sharp and sizeable changes of solar wind ion flux as a feature of dense non-CIR turbulent regions. European Geosciences Union General Assembly 2008. Vienna, Austria, 13 - 18 April 2008, Geophysical Research Abstracts, Vol. 10, EGU2008-A-09908, 2008.

O.V. Khabarova, Investigation of mild and weak geomagnetic storms' origin, European Geosciences Union General Assembly 2008. Vienna, Austria, 13 - 18 April 2008, Geophysical Research Abstracts, Vol. 10, 2008.

Хабарова О.В., Застенкер Г.Н. Выявление областей предпочтительного образования резких границ мелкомасштабных структур солнечного ветр, Всероссийская ежегодная конференция по физике Солнца "Солнечная и солнечно-земная физика - 2008", 7-12 июля 2008 года, Санкт-Петербург, ГАО РАН.

О.В.Хабарова, Резкие изменения потока ионов как особенность плотных турбулентных областей солнечного ветра, не связанных с CIR-потоками, Конференция "Физика плазмы в солнечной системе", 5-8 февраля 2008 г. ИКИ РАН.

O.V.Khabarova, The role of solar wind density sharp increases in origination of geomagnetic storms, Fourth UN/ESA/NASA/JAXA/BAS Workshop on the International Heliophysical Year 2007 and Basic Space Science "First Results of IHY 2007". Sozopol, Bulgaria, June 2-6, 2008.

Хабарова Ольга Валерьевна, к.ф.-м.н., т. 333-1388, gzastenk@iki.rssi.ru

10. О воздействии больших и резких изменений динамического давления солнечного ветра на магнитосферу Земли.

Рассмотрена реакция магнитосферы и ионосферы на приход к Земле больших изменений динамического давления солнечного ветра с резкими фронтами. Показано, что под воздействием импульса давления солнечного ветра изменяется магнитное поле на геосинхронной орбите: оно возрастает при возрастании давления солнечного ветра и уменьшается, если давление солнечного ветра падает. Потоки энергичных частиц также изменяются: на дневной стороне магнитосферы потоки энергичных частиц возрастают с приходом импульса динамического давления солнечного ветра, а на ночной стороне реакция потоков энергичных частиц зависит от направления межпланетного магнитного поля. При условии отрицательной B_z компоненты ММП на ночной стороне магнитосферы могут наблюдаться инжекции потоков энергичных электронов.

Показано, что большое и быстрое возрастание давления солнечного ветра, сопровождающееся слабо отрицательной B_z компонентой ММП, может приводить к высыпанию частиц на дневной стороне аврорального овала, и развитию псевдобрейкапа или суббури на ночной стороне овала. Динамика аврорального овала показывает, что после прохождения импульса динамического давления солнечного ветра авроральная активность ослабевает. Иными словами, импульс давления солнечного ветра в присутствии слабо отрицательного ММП может не только вызывать развитие псевдобрейкапа/суббури, но и контролировать его развитие.

Borodkova N. L.; Zastenker G. N. Auroral responses to the large solar wind dynamic pressure pulses under the different IMF Bz orientation: case studies. European Geosciences Union General Assembly 2008, Vienna Austria, 13-18 April 2008. (Abstract number EGU2008-A-05536).

Бородкова Н.Л. Воздействие больших и резких изменений динамического давления солнечного ветра на магнитосферу Земли: анализ нескольких событий, статья послана в Космические исследования, 2008.

Бородкова Наталия Львовна, к.ф.-м.н., т. 333-1388, nlbor@mail.ru

11. Исследование перемежаемости флуктуаций потока плазмы солнечного ветра.

Рассмотрены различные особенности динамики флуктуаций плазмы солнечного ветра в области довольно высоких частот (вплоть до 1 Гц). Показано, что эксцесс функции распределения вероятности флуктуаций (показатель перемежаемости) резко возрастает с продвижением в ранее неизученную область частот 0.1-1 Гц и заметно увеличивается при наличии в плазме резких скачков ее плотности.

Рязанцева Мария Олеговна, к.ф.-м.н., т. 333-1388, gzastenk@iki.rssi.ru

III. Внешняя магнитосфера Земли.

12. Анализ вариаций плазмы и магнитного поля в магнитослое.

Используя данные с высоким разрешением по магнитному полю и плазме на спутнике Интербол-1, показано, что магнитослой (переходная область между околоземной ударной волной и магнитопаузой) оказывается не просто однородной турбулентной областью, а структурированным образованием со сложной динамикой, определяемой как солнечным ветром и межланетным магнитным полем (ММП), так и внутренними процессами. Анализ отдельных пролетов спутника и статистические распределения различных параметров флуктуаций в зависимости от ориентации ММП показали наличие следующих характерных областей с различными физическими механизмами формирования колебаний: форшок, постшок, переходная область, и внутренний магнитослой.

Chugunova O., V. Pilipenko, G. Zastenker, and N. Shevyrev, Magnetosheath Turbulence and Magnetospheric Pc3 Pulsations, Proc. of the international conference “Fundamental Space Research”, 147-151, Bulgaria, September 21-28, 2008.

Чугунова О.М., Пилипенко В.А., Застенкер Г.Н._, Шевырев Н.А., Пространственная

структура турбулентного магнитослоя, (статья послана в журнал Космические исследования)

Чугунова Ольга Михайловна, к.ф.-м.н., т. 904-1996, Ch_Olga@nln.ru

13. Сопоставление с новой магнитослойно-магнитосферной моделью измерений положения границ и параметров плазмы в магнитослое.

По данным спутника Интербол-1 отобрано для детального рассмотрения несколько десятков событий с очень кратковременными (на несколько минут), но четкими вхождениями спутника из солнечного ветра в магнитослой. Показано, что хотя бы некоторые из этих событий могут быть, в принципе, следствием мало изученного эффекта - резкого изменения политропного индекса плазмы солнечного ветра.

Г.Н. Застенкер, М.Д. Карталев, П.С. Добрева, Н.Н. Шевырев, А. Коваль, Сравнение измерений параметров плазмы в магнитослое с расчетами на основе новой магнитослойно-магнитосферной модели, Космические исследования, Т.46, №6, стр. 499-513, 2008.

Застенкер Георгий Николаевич, д..ф.м.-н., проф., т. 333-1388, gzastenk@iki.rssi.ru

14. Анализ природы, свойств и происхождения пучков почти моноэнергетических ионов (ПМИ) в спектрах энергичных частиц около границ магнитосферы Земли.

Пучки почти моноэнергетических ионов (ПМИ) в спектрах энергичных частиц вблизи границ магнитосферы Земли были открыты в эксперименте ДОК-2 на борту спутников Интербол-1 и -2 (1995-2000 гг.). Первой областью, где наблюдались ПМИ, были окрестности околоземной ударной волны (ОЗУВ, рис. 1). Ускорение ПМИ возможно происходит во всплесках потенциального электрического поля, появляющихся в разрывах волокон токового слоя ОЗУВ (Рис.2), поскольку средняя энергия линии протонов (Рис.3) соответствует среднему падению потенциала на ударной волне (~100 кэВ) за счет конвективного электрического поля E= -VxB солнечного ветра.

Такие разрывы могут быть результатом столкновения токовых слоев в солнечном ветре с ОЗУВ. Этот процесс ответственен также за «аномалию горячего течения» (HFA). При определенных условиях он приводит к резкому изменению направления течения плазмы на линии пересечения, что и является причиной разрыва токового волокна (Рис. 4).

Рис. 4.

Второй областью, где наблюдались ПМИ, является нейтральный слой хвоста магнитосферы. Здесь постоянно наблюдались спонтанные разрывы волокон токового слоя, приводящие к ускорению ПМИ.

В 2008 г. было начато систематическое изучение всего массива данных эксперимента ДОК-2 по событиям с ПМИ (около 1000 случаев, см. Рис. 1), построены статистические распределения для соотношения энергий и интенсивностей всех трех наблюдавшихся линий (ионы H⁺¹, He⁺², (C, N, O) ^+(5-6)), и собраны данные по характеристикам магнитного поля и плазмы, полученные на нескольких космических аппаратах для ~100 ПМИ-событий. Это позволит выявить и другие возможные причины разрывов токовых слоев и получить новую информацию о динамике этих уникальных объектов космической плазмы.

Lutsenko V.N., Gavrilova Е.А., Grechko Т.V., Observation Statistics of Fine Dispersion Structures in Energetic Particle Spectra in Auroral Regions, Ann. Geophys., 26, 2097-2110, 2008.

Луценко Вольт Николаевич, к.ф.-м.н., т. 333-2000, vlutsenk@iki.rssi.ru

15. Исследование динамики плазмы и процессов аномального переноса в магнитослое Земли.

Сравнение данных со спутников «Интербол-1» и «Кластер» с лог-Пуассоновской каскадной моделью турбулентности, дало первые свидетельства в пользу того, что для возмущенных погранслоев в магнитослое и на магнитопаузе характерна супердиффузия.

Возмущенный магнитослой содержит всплески кинетического давления – струи – с амплитудой в несколько раз выше, чем в давление в невозмущенном солнечном ветре. Около 20% этих струй может деформировать или разрывать магнитопаузу на высоких широтах. В областях регистрации нескольких десятков струй растущий со временем коэффициент диффузии, соответствующий супердиффузии, должен существенно увеличивать проникновение солнечной плазмы в магнитосферу.

Рис. 1. Поток ионов (в 10⁸ см^-2с^-1, черная линия) в турбулентном пограничном слое над околоземной магнитопаузой по измерениям «Интербола-1» 29 марта 1996 г. Толстая красная линия показывает одновременные измерения в солнечном ветре на спутнике «WIND». Пунктиром показан поток, приблизительно соответствующий МГД модели обтекания магнитосферы Земли солнечным ветром. Баланс потока достигается за счет перемежаемых струй (всплесков потока свыше модельных значений), функция вероятности значений которого удовлетворяет условию супердиффузии. По горизонтали – мировое время в часах

Savin S., E. Amata, L. Zelenyi, et al., High kinetic energy jets in the Earth's magnetosheath: Implications for plasma dynamics and anomalous transport, Письма в ЖЭТФ, 87, 691 (2008)

Amata, E., S. P. Savin, R. Treumann, G. Consolini, D. Ambrosino, L. Trenchi, M. F. Marcucci, High kinetic energy density jets in the Earths magnetosheath: preliminary results, Mem. S.A.It., Vol. 75, 282 (2008)

Савин Сергей Петрович, д.ф.-м.н., т. 333-1100, ssavin@iki.rssi.ru

Зеленый Лев Матвеевич, акад. РАН, д.ф.-м.н., проф. т. 333-2588, lzeleny@iki.rssi.ru

16. Исследование влияние флуктуаций магнитного поля в магнитослое на баланс давлений на магнитопаузе.

Проведено сопоставление результатов одновременных наблюдений низкоширотного погранслоя на спутнике Интербол/Хвостовой зонд, магнитослоя на спутнике Geoptail и солнечного ветра на спутнике Wind. В ходе анализа данных использованы модель ударной волны Веригина и модель магнитного поля магнитосферы Цыганенко-96. Сравнение уровня флуктуаций магнитного поля в магнитослое (Рис. 1, справа) с магнитным полем внутри магнитосферы (Рис. 1, слева) показало, что амплитуды флуктуаций магнитного поля в магнитослое сравнимы или превосходят магнитное поле в областях минимумов поля на дневных силовых линиях, что может приводить к локальному нарушению баланса давлений на магнитопаузе и проникновению плазмы магнитослоя внутрь магнитосферы. Полученный результат использован для объяснения результатов наблюдений, свидетельствующих в пользу формирования магнитосферных погранслоев в результате проникновения в магнитосферу плазмы магнитослоя в прикаспенных областях.

Рис. 1. Параметры плазмы и магнитного поля 2 марта 1996 г. магнитослоя по данным спутника Geotail (справа) и конфигурация магнитных силовых линий на меридиане полдень-полночь в соответствии с моделью Цыганенко-96 для соответствующих параметров солнечного ветра..

С.С. Россоленко, 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, т. 46, № 5, с. 387-397, 2008.

S.S. Rossolenko, E.E. Antonova, Yu.I. Yermolaev, I.P. Kirpichev, N.L. Borodkova, E.Yu. Budnik, Formation and characteristics of low latitude boundary layer, Advances in Space Research, 41, 1545–1550, 2008.

Антонова Елизавета Евгеньевна, д.ф.-м.н., т. 333-1388, antonova@orearm.msk.ru.

Россоленко Светлана Сергеевна, аспирантка, т. 939-2810, sv_ross@mail.ru

Кирпичев Игорь Петрович, к.ф.-м.н., т. 333-1467, ikir@iki.rssi.ru

17. Исследование топологии высокоширотных токовых систем в магнитосфере.

Проведен анализ структуры и величины поперечных магнитосферных токов в дневной части магнитосферы. Использованы данные наблюдений спутников AMPTE/CCE и проекта THEMIS. Получены аппроксимации радиального профиля давления. Определены плотности тока на дневных силовых линиях с использованием моделей Цыганенко в предположении близости давления к изотропному и соблюдения условия магнитостатического равновесия. Показано, что в дневные часы на геоцентрических расстояниях от 7 Re до магнитопаузы текут мощные поперечные магнитостатически равновесные токи, сконцентрированные вне экваториальной плоскости. Полученный результат приводит к изменениям представлений о топологии кольцевого тока. В соответствии с данным результатом традиционный кольцевой ток имеет высокоширотное продолжение до геоцентрических расстояний ~10R_E. Внешняя часть кольцевого тока, получившая название разрезного кольцевого тока, локализована на геоцентрических расстояниях от ~7 до ~10R_E. С дневной стороны в результате сжатия магнитосферы солнечным ветром поперечные токи смещены на высокие широты.

E.E. Antonova, Magnetospheric turbulence and properties of magnetospheric dynamics, Advances in Space Research, 41, 1677–1681, 2008.

M. Stepanova, E.E. Antonova, J.M. Bosqued, Radial distribution of the inner magnetosphere plasma pressure using low-altitude satellite data during geomagnetic storm: The March 1–8, 1982 event, Advances in Space Research, 41, 1658–1665, 2008.

E.E. Antonova, I.P. Kirpichev, M.V. Stepanova, K.G. Orlova, I.L. Ovchinnikov, Topology of the high latitude magnetosphere during large magnetic storms and the main mechanisms of relativistic electron acceleration, Advances in Space Research, 2008, accepted.

Антонова Е.Е., Кирпичев И.П., Овчинников И.Л., Россоленко С.С., Орлова К.Г., Топология токов в высокоширотной магнитосфере и отклик магнитосферы на изменения параметров солнечного ветра, Сборник Солнечно-земная физика, Вып. 12, т. 1, с. 125–128, 2008.

Антонова Елизавета Евгеньевна, д.ф.-м.н., т. 333-1388, antonova@orearm.msk.ru.

Россоленко Светлана Сергеевна, аспирантка, т. 939-2810, sv_ross@mail.ru

Кирпичев Игорь Петрович, к.ф.-м.н., т. 333-1467, ikir@iki.rssi.ru

18. О новом типе ускорения заряженных частиц в токовом слое.

По данным спутника Geotail экспериментально доказано наличие в токовом слое (ТС) геомагнитного хвоста пространственно локализованных источников неадиабатического ускорения ионов, находящихся в области замкнутых силовых линий магнитного поля. В результате анализа функций распределений ионов и электронов по скоростям, наблюдаемых в 987 случаях пересечений Пограничного Плазменного Слоя (ППС) в геомагнитном хвосте на расстояниях -20 R_E ¸ -220 R_E от Земли, выявлено два типа ускоренных ионных пучков, движущихся вдоль силовых линий магнитного поля со скоростями > 1000 км/с.

Первый тип ионных пучков с энергиями < 20 кэВ и узкими функциями распределениями по скоростям (ΔV_||/V_|| ≤ 0.1), измерявшихся в спокойные геомагнитные периоды, сопровождался наблюдениями изотропных функций распределения электронов по скоростям с температурой ≤ 1 кэВ (Рис. 1а). Это, а также увеличение энергий таких пучков в направлении утро-вечер согласуется с моделью квазистационарного ускорения ионов в ТС электрическим полем утро-вечер в пространственно-локализованной области дальнего хвоста на расстояниях более 110 Re от Земли.

Второй тип ионных пучков, с более высокими энергиями ≥30 кэВ и с более широкими функциями распределения ионов по параллельным скоростям (ΔV_||/V_|| ~ 0.8), наблюдался во время активных геомагнитных периодов. Такие пучки сопровождались анизотропными функциями распределения электронов по скоростям (Рис. 1б), что указывает на близость источника энергичных ионов к магнитной сепаратриссе (X-линии) и на существенную роль индукционных электрических полей в их ускорении. Об этом свидетельствует и экспериментально установленное увеличение ширины функции распределения ионных пучков по параллельным скоростям при приближении к X-линии.

Различия в свойствах двух типов пучков обусловлены различными процессами их ускорения в источниках с различными топологиями магнитного поля: в квазистационарной конфигурации и в индукционных электрических полях, вблизи Х-линии.

Рис.1. (а) - коллимированный по энергиям ионный пучок (I тип) движущийся к Земле и наблюдаемый в течение 20 мин в ППС вместе с изотропными электронами. (б) - широкий по параллельным скоростям ионный пучок (2 тип), наблюдаемый в ППС вместе с анизотропными электронными распределениями. Сверху вниз - 2D функции распределения ионов и электронов по скоростям (Vper, Vpar), 1D функции распределения электронов вдоль магнитного поля, E-T спектрограммы электронов (все направления), ионов движущихся к Земле, ионов движущихся от Земли, временной профиль магнитного поля и электронной температуры.

Grigorenko, E.E., Hoshino, M., Hirai, M., Mukai, T., Zelenyi, L.M., “Geography” of ion acceleration in the magnetotail. X-line versus Current Sheet effects, submitted to J. Geophys. Res., 2008.

Grigorenko E.E., L.M. Zelenyi, M.S. Dolgonosov, J.-A. Sauvaud, Spatial and temporal structures in the vicinity of the Earth’s tail magnetic separatrix. Cluster observations, Book of Proceedings of 15th Cluster Workshop and CAA School, accepted for publication, 2008.

Sharma, S., R. Nakamura, A. Runov, E. E. Grigorenko, H. Hasegawa, M. Hoshino, P. Louarn, C. J. Owen, A. Petrukovich, J.-A. Sauvaud, V. S. Semenov, V. A. Sergeev, J. A. Slavin, B. U. ¨O. Sonnerup, L. M. Zelenyi, G. Fruit, S. Haaland, H. Malova, and K. Snekvik, Transient and Localized Processes in the Magnetotail: A Review, Annales Geophysicae, 26, 955–1006, 2008.

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

19. Сравнение экспериментальных профилей тонкого токового слоя хвоста магнитосферы с результатами численного моделирования.

Проведено сравнение двадцати двух быстрых пересечений токового слоя, сделанных спутниками Кластер, с современными моделями одномерных равновесий. Из эксперимента отобраны горизонтальные одногорбые симметричные токовые слои с малыми значениями нормальной и шировой компонент магнитного поля. Использовались данные 2001 и 2004 годов, когда расстояние между спутниками было равно характерному ионному масштабу. Данные из 2003 года позволили сравнить токовые слои на электронном масштабе. Сравнение проведено с несколькими моделями, учитывающими квази-адиабатическое движение ионов и включающих электронную компоненту в дрейфовом приближении. Подобные модели позволяют объяснить принципиальную вложенность токового слоя и крутой профиль плотности тока. Найдено хорошее согласие профилей плотности тока и величин макропараметров (Рис.1). Проверена теория устойчивости токовых слоёв. Так же удалось связать скрытые параметры теоретических моделей (относительную потоковую скорость ионов на границе токового слоя) с экспериментальными данными.

Рис.1. Сравнение экспериментального и модельного профилей тока для одного из событий.

A.V. Artemyev, A.A. Petrukovich, L.M. Zelenyi, H.V. Malova, V.Y. Popov, R. Nakamura, A. Runov, and S. Apatenkov, Comparison of multi-point measurements of current sheet structure and analytical models, Ann. Geophys., 26, 2749–2758, 2008.

Артемьев Антон Владимирович, аспирант, тел. 333-2500, ante0226@yandex.ru

Петрукович Анатолий Алексеевич , д.ф.-м.н., тел. 333-3267, apetruko@iki.rssi.ru

20. Развитие модель сдвиговой деформации токового слоя хвоста магнитосферы, объясняющая формирование наблюдаемых в эксперименте наклонных слоев сложного профиля.

Разработана и верифицирована модель сдвиговой деформации толстого плазменного слоя, описывающая независимое вертикальное движение отдельных магнитных силовых трубок, в результате которого возникают сильно наклоненные токовые слои. Компонент тока Jy в модели остается практически постоянным и равным своему значению в широко известной Харрисовской модели. Дополнительно возникает существенный компонент тока, направленный по вертикали Jz и связанный с наклоном слоя (Рис. 1). Деформационные движения со сложным частотным спектром приводят к вариации наклона слоя на разных масштабах времени. Таким образом, спутниками могут быть зарегистрированы визуально бифурцированные и асимметричные профили тока. Предложенная модель согласуется с наблюдениями спутниками Кластер сильно наклонных токовых слоев в геомагнитном хвосте и объясняет механизм формирования визуально разнообразных токовых слоев.

Рис. 1. Слева: колебания модельного слоя. Jy компонент тока практически постоянен, Jz отслеживает изменение угла наклона (нижняя кривая). Справа: пример слоя, наблюдаемого спутниками Кластер. Динамика изменения тока сходна с моделью.

A.A.Petrukovich, W.Baumjohann, R.Nakamura, A.Runov, Formation of current density profile in tilted current sheets Ann. Geophys., 26, 2008, 3669–3676.

Петрукович Анатолий Алексеевич , д.ф.-м.н., тел. 333-3267, apetruko@iki.rssi.ru

21. Исследование роли неустойчивости Кельвина – Гельмгольца в пограничной области плазменного слоя хвоста магнитосферы Земли.

Проведено исследование неустойчивости Кельвина – Гельмгольца в плоской трехслойной геометрии. Показано, что, в отличие от обычно рассматриваемого случая развития неустойчивости на границе между двумя движущимися относительно друг друга плазменных потоков, в трехслойной системе неустойчивость может развиваться при произвольном отношении скорости плазменного потока к звуковой скорости. Возмущения с длинами волн порядка или больше толщины потока могут нарастать даже при нулевой температуре, причем рассматриваемая система может быть неустойчива относительно роста длинноволновых возмущений и в случае, когда на одной из границ скорость потока меньше суммы альвеновских скоростей в потоке и окружающей плазме.

Анализ экспериментальных данных, полученных при прохождении спутниками CLUSTER пограничной области плазменного слоя, где наблюдается распространение бимлетов, показал, что для большинства событий скорость потока плазмы достаточно высокая для возбуждения неустойчивости Кельвина – Гельмгольца. Поскольку отношение скорости ионного звука к скорости потока , то можно ожидать, что спектры низкочастотных волн, возбуждаемых вследствие развития исследуемой неустойчивости, имеют ограниченный диапазон по частоте. Расчеты, выполненные для значений параметров характерных для пограничной области плазменного слоя в хвосте магнитосферы Земли, показали, что смещения граничных поверхностей по обеим сторонам потока имеют близкие фазы, что хорошо согласуется с экспериментальными наблюдениями формы смещений границ бимлетов, полученных в ходе проекта CLUSTER.

Буринская Т.М, «Неустойчивость Кельвина – Гельмгольца для потока плазмы ограниченного в пространстве», Физика плазмы, т.34, с.1013-1020, 2008.

Burinskaya, T.; Rauch, J.L, «Thin plasma cavities as a source of Auroral Kilometric radiation», EGU2008-A-07850 (PS8-1TU4O-006)

Burinskaya, T.; Grigorenko, E.; Zimbardo, G., «Kelvin-Helmholtz instability in the plasma sheet boundary layer», EGU2008-A-07820 (ST6-1FR4P-0702)

Буринская Татьяна Михайловна, к.ф.-м.н., 333-4534, tburinsk@iki.rssi.ru

22. Выявление общих статистических свойств турбулентности в магнитосферных погранслоях и в краевой плазме термоядерных установок.

Сравнение статистических свойств турбулентности в магнитосферных погранслоях и в краевой плазме термоядерных установок продемонстрировало однотипный характер временных зависимостей структурных функций плазменных флуктуаций и их мультифрактальных спектров.

Несмотря на существенную разницу плазменных параметров, пограничная турбулентность в обоих случаях проявляет черты расширенного самоподобия, наряду со свойствами перемежаемого характера процессов переноса, обусловленного аномальным, по сравнению с гауссовским распределением вероятностей, и спорадическими всплесками потока плазмы.

В большинстве исследованных случаев турбулентный каскад хорошо описывается лог-Пуассоновской моделью с одномерными диссипативными структурами. Статистический подход позволяет характеризовать наблюдаемые процессы переноса как умеренную супердиффузию с зависимостью среднеквадратичного смещения от времени ádx²ñ µ t ^a при a » 1.4 ¸ 1.87 > 1. Степень перемежаемости пограничной турбулентности в обоих случаях также весьма близка.

Budaev V.P., S. Savin, L. Zelenyi, et al., Intermittency and extended self-similarity in space and fusion plasma: boundary effects, Plasma Phys. Control. Fusion 50 074014, doi:10.1088/0741-3335/50/7/074014, (2008).

Савин Сергей Петрович, д.ф.-м.н., т. 333-1100, ssavin@iki.rssi.ru

Будаев В.П.,

23. О радиальном профиле плазменного давления на дневной стороне магнитосферы от 7 Re до магнитопаузы.

Проведен анализ результатов наблюдений потоков частиц в ходе эксперимента Themis. Определен усредненный радиальный профиль давления на меридиане полдень-полночь. Полученный профиль давления использован для определения плотности токов на дневных силовых линиях. Определена интегральная величина магнитостатически равновесного поперечного тока в дневной части магнитосферы на геоцентрических расстояниях от 7Re до магнитопаузы. Выполнен анализ распределения магнитного поля вдоль дневных силовых линий с использоанием моделей Цыганенко для выбранных интервалов пересечений спутниками проекта Themis дневной магнитопаузы с учетом выполнения баланса давлений на магнитопаузе. Показано, что минимальные значения поля на дневных силовых линиях сопоставимы с амплитудами одновременно наблюдаемых флуктуаций поля в магнитослое.

S.S.Rossolenko, E.E. Antonova, Yu.I.Yermolaev, I.P. Kirpichev, N.L.Borodkova, E.Yu.Budnik, Formation and characteristics of low latitude boundary layer, JASR, 41, p.1545-1550, 2008.

Кирпичев Игорь Петрович, к.ф.-м.н., т. 333-1467, ikir@iki.rssi.ru

24. Предложена эмпирическая аналитическая модель манитопаузы и проведен поиск зависимости положения ее подсолнечнойточки от B_z компонента межпланетного магнитного поля.

По данным наблюдений магнитопаузы около Земли спутниками Прогноз/Интербол в 1972-2000 гг. предложена эмпирическая аналитическая модель этой границы и исследовано поведение магнитопаузы при различных параметрах набегающего потока солнечного ветра:

(1)

где r₀ = 10.8R_E (rV²)^-1/6 – расстояние от центра Земли до подсолнечной точки магнитопаузы, R₀ = 16.9R_E (rV²)^-1/6 – радиус кривизны магнитопаузы в подсолнечной области, D = 94.5R_E (rV²)^-1/6 – диаметр магнитного хвоста при большом удалении от Земли (x→-∞). Cреднеквадратичное отклонение экспериментальных точек от приведенного выше выражения составляет=1.358R_Е. Kакой либо зависимости положения подсолнечной магнитопаузы от B_z компонента межпланетного магнитного поля в данных спутников Прогноз/Интербол не выявлено. Предложенная модель магнитопаузы может быть использована при моделировании положения и формы околоземной ударной волны.

Рис.1 Наблюдавшиеся положения магнитопаузы (точки) и ее рассчитанные положения (тонкие линии) для различных динамических давлений солнечного ветра.

М. Веригин, Г. Котова, В. Безруких, Г. Застенкер, Н. Николаева, Аналитическая модель околоземной магнитопаузы по данным спутников ПРОГНОЗ и ИНТЕРБОЛ, Солнечно-земная физика, 12, No.1, 133-137, 2008.

Веригин Михаил Иванович, д.ф.-м.н., т. 333-3233, verigin@iki.rssi.ru

25. Построена зависимость времени пролета спутника ИНТЕРБОЛ/Хвостовой Зонд в низкоширотном пограничном слое магнитосферы Земли от угла θ_Bn.

Для проверки гипотезы о влиянии флуктуаций магнитного поля и плазмы в магнитослое на формирование толщины LLBL была построена зависимость времени пролета спутника ИНТЕРБОЛ/Хвостовой Зонд в низкоширотном пограничном слое магнитосферы Земли от угла θ_Bn (угол между направлением межпланетного магнитного поля и нормалью к ударной волне магнитосферы Земли).

В имеющемся экспериментальном материале с учетом локализации пересечений LLBL предполагаемая зависимость не обнаружена. Это противоречит предположение о влиянии флуктуаций магнитного поля и плазмы в магнитослое на формирование толщины LLBL. Результаты наблюдений можно объяснить с учетом роли внутримагнитосферных процессов (конвекция и диффузионный транспорт в Y-направлении) в формировании толщины LLBL.

Зависимость времени пролета спутника ИНТЕРБОЛ/Хвостовой зонд в LLBL от угла θ_Bn

S.S.Rossolenko, E.E. Antonova, Yu.I.Yermolaev, I.P.Kirpichev, N.N.Shevirev , O.M.Chugunova, Magnetosheath turbulence and the low latitude boundary layer formation, труды конференции «Problems of Geocosmos», 2008, в печати

Россоленко Светлана Сергеевна, аспирантка, т. 939-2810, sv_ross@mail.ru

26. Исследована роль флуктуаций параметров плазмы и магнитного поля в магнитослое в формировании низкоширотного пограничного слоя.

Проведен анализ результатов наблюдений в проектах ИНТЕРБОЛ/Хвостовой Зонд и THEMIS. Подробно рассмотрены интервалы наблюдений, когда один спутник находился в солнечном ветре, другой пересекал LLBL, а третий регистрировал параметры магнитослоя. Подробно анализировались показания приборов ESA и MGF на спутниках проекта THEMIS. Сравнивались флуктуации компонент магнитного поля и вариации потоков плазмы в солнечном ветре и магнитослое.

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

Рассчитано полное давление для ряда пересечений спутниками THEMIS магнитопаузы в «носовой» точке магнитосферы Земли. Показано, что в «носовой» части магнитосферы вблизи экваториальной плоскости баланс полного давления на магнитопаузе соблюдается с точностью ~ 10%.

Россоленко С.С., Антонова Е.Е., Ермолаев Ю.И., Веригин М.И., Кирпичев И.П., Бородкова Н.Л., Турбулентные флуктуации параметров плазмы и магнитного поля в магнитослое и формирование низкоширотного погранслоя: многоспутниковые наблюдения 2 марта 1996 г., Космические Исследования, 2008, том 46, № 5, с 387-397.

S.S.Rossolenko, E.E. Antonova, I.P.Kirpichev, Yu.I.Yermolaev, Interaction of the solar wind with the magnetosphere of the Earth and formation of magnetospheric boundary layers, proceedings of the “School and Workshop on Space Plasma Physics”, Sozopol, Bulgaria, 2008. sending the contributed paper.

Россоленко Светлана Сергеевна, аспирантка, т. 939-2810, sv_ross@mail.ru

IV. Внутренняя магнитосфера Земли

27. Проведен обзор современных физических моделей плазмосферы в приближениях непрерывной среды и в кинетическом приближении.

Особо рассматриваются результаты глобального моделирования плазмосферы для того, чтобы понять (1) количественную картину распределения и эволюции электрического потенциала во время глобальных ионосферных бурь и (2) изучить влияние плазмосферы на возбуждение электромагнитных ионно-циклотронных волн и на высыпание энергичных ионов во внутренней магнитосфере. Особо обсуждаются процессы взаимодействия плазмосферы с ионосферой и другими частями магнитосферы. Прeдсказания моделей сравниваются с недавними наблюдениями на спутниках Cluster и Image.

Viviane Pierrard, Jerry Goldstein, Nicolas Andr´e, Vania K. Jordanova, Galina A. Kotova, Joseph F. Lemaire, Mike W. Liemohn, Hiroshi Matsui, Recent Progress in Physics-Based Models of the Plasmasphere, Space Sci. Rev., finally accepted, 2008.

Котова Галина Аврамовна, к.ф.-м.н., т. 333-3289, kotova@iki.rssi.ru

28. Проведен обзор резонансного взаимодействия заряженных энергичных частиц со свистовыми волнами, распространяющимися под углом к геомагнитному полю в неоднородной магнитосферной плазме.

В обзоре представлено последовательное изложение теории резонансного взаимодействия заряженных энергичных частиц со свистовыми волнами в неоднородной магнитосферной плазме для случая непродольного распространения волн. Неоднородность плазмы и внешнего магнитного поля коренным образом меняют характер резонансного взаимодействия волн и частиц в плазме. В то же время, большинство работ, посвященных этому эффекту, ограничено случаем продольного (дактированного) распространения. В последние годы, на основе спутниковых измерений была установлена важная роль недактированного распространения волн, что привело к необходимости построения теории резонансного взаимодействия для этого случая с учетом неоднородности магнитосферной плазмы. В обзоре приведены основные уравнения, описывающие самосогласованную динамику волнового поля и заряженных частиц, и указаны основные параметры, определяющие характер процесса взаимодействия. На основе гамильтоновского подхода детально проанализированы, и в ряде случаев решены аналитически уравнения движения заряженных частиц и найдена их функция распределения. Рассмотрены примеры приложения развитой теории.

D.R. Shklyar, H. Matsumoto. Oblique whistler-mode waves in the inhomogeneous magnetospheric plasma: resonant interactions with energetic charged particles, Surveys in Geophysics, 2008 (submitted).

Шкляр Давид Рувимович, д..ф.-м.н., т. 333-4534, david@iki.rssi.ru

29. Выполнено численное моделирование образования античастиц, изотопов легких элементов и нейтральных частиц во внутренней магнитосфере и в переходной области. Проведен анализ фазовых соотношений между солнечно-геомагнитной активностью и зонами тропического циклогенеза со сходными спектральными характеристиками.

a) Используя параметризованные спектры генерации антипротонов (включая распад анти-нейтронов) в ядерных реакциях космических лучей с O, H, He в составе верхней атмосферы и экзосферы Земли, численно смоделированы пространственные и энергетические распределения антипротонов в магнитосфере Земли с учётом механизмов перемещеня и ускорения заряженных частицы в магнитосфере. Учтены потери энергии и гибель антипротонов во взаимодействиях с остаточной атмосферой. Показано, что область захвата антипротонов близка к области захвата энергичных протонов, что естественно вследствие сходства механизмов их генерации и распространения. Максимальную интенсивность (4×10³ m^-2 s^-1) имеют антипротоны с энергией 175 МэВ вблизи оболочки L = 1.4. Аналогичным образом смоделирована популяция других стабильных античастиц – позитронов. В отличие от антипротонов энергичными частицами, генерирующими позитроны, являются захваченные протоны внутреннего радиационного пояса. Расчёты показали, что энергичные позитроны с энергиями от нескольких кэВ до нескольких МэВ диффундируют из области источника по всей магнитосфере, сохраняя максимум в области источника. Магнитосферы Сатурна и Юпитера, в которых также действует описанный механизм, гораздо более трудны для рассмотрения из-за наличия многочисленных спутников, выполняющих роль как источников, так и стоков антипротонов. Следствием этого является наличие нескольких поясов античастиц, разделённых орбитами спутников. В случае Юпитера наиболее интенсивные потоки 10 m^-2 s^-1 локализованы внутри орбиты самого большого спутника. Для Сатурна – это область между орбитами Януса и Мимаса с потоками 10² m^-2 s^-1.

A.Gusev, G.Pugacheva, V.Pankov, J.Bickford, W.Spjeldvik, U.Jayanthi and I.Martin. Antipar-ticle content in the magnetosphere. Adv. Space. Res., v.42, Issue 9, 3 November 2008, Pages 1550-1555. doi:10.1016/j.asr.2007.12.003, Copyright © 2007 COSPAR Published by Elsevier Ltd.

J.Bickford, W.Schmitt, W.N.Spjeldvik, I.M.Martin, G.Pugacheva, A.Gusev. Antiproton distribu-tions around the Earth, Saturn and Jupiter from cosmic ray driven albedo antineutron decay, 37^th COSPAR Assembly, Comparative Magnetospheres D33-0012-08, July 13-20, Montreal, Canada 2008

W.N.Spjeldvik, J.Bickford,  G.I.Pugacheva, A.A.Gusev, I.M.Martin. Energetic Positron Distribu-tions in the Earth's Magnetosphere: A Parameter Study, 37^th COSPAR Assembly, Multiscale Magneto-spheric Processes: Theory, Simulations and Multipoint Observations D31-0086-08, July 13-20, Montreal, Canada 2008

А.А.Гусев, Г.И.Пугачева, В.М.Панков. Радиационные пояса антипротонов от распада альбед-ных антинейтронов и прямого рождения пары протон-антипротон. Научная сессия МИФИ-2008, Сборник научных трудов, т.9, с.163-165.

Гусев Анатолий Александрович, к.ф.м.н., т. 333-3045, vpan-iki@yandex.ru

b) Долговременные наблюдения (07.2001-12.2005) прибором РПС-1 на КА «КОРОНАС-Ф» позволили исследовать величину и сезонную зависимость рентгеновской (hw > 3 кэВ) эмиссии ночной атмосферы. Спектры эмиссии оказались очень мягкими. В диапазоне энергий (3-5) кэВ светится вся ночная атмосфера, в северном полушарии наиболее яркое свечение в высоких широтах. С уменьшением широты свечение ослабевает или отсутствует вообще. При энергии более 8 кэВ прибор регистрировал сигналы только в районах РПЗ. Построенные по данным наблюдений глобальные распределения интенсивности излучения демонстрируют сезонную зависимость, связанную, скорее всего, с соответствующей вариацией высоты атмосферы.

V.M. Pankov, V.L.Prokhin, A.A.Gusev, G.I.Pugacheva, W.N.Spjeldvik, I.M.Martin. X-ray emi-sion of the night terrestrial atmosphere, 37^th COSPAR Assembly, Variability of the Middle Atmosphere and Lower Ionosphere in Composition and Dynamics Induced by External Forcing from Space: C23-0014-08, July 13-20, Montreal, Canada 2008,

A.Arkhangelsky, Yu.V.Kotov, V.M.Pankov, V.L.Prokhin, A.A.Gusev. Hard X-rays Irradiated from the NocturnalTerrestrial Atmosphere: Experiment on CORONAS-F, 37^th COSPAR Assembly, Variability of the Middle Atmosphere and Lower Ionosphere in Composition and Dynamics Induced by External Forcing from Space:C23-0044-08, July 13-20, Montreal, Canada 2008

В.М.Панков, В.Л.Прохин, Н.Г.Хавенсон, А.А.Гусев, Г.И.Пугачева. Свечение ночной атмо-сферы Земли в мягком рентгене, Научная сессия МИФИ-2008, Сборник научных трудов, т.9, с. 204-206.

Гусев Анатолий Александрович, к.ф.м.н., т. 333-3045, vpan-iki@yandex.ru

c) Выполнен анализ корреляций солнечно-геомагнитной активности с тропическим циклогенезом для северо-западной части Tихого океана и в Северной Атлантике. На основе использования метода максимальной энтропии при обработке данных были выявлены близкие к 11 годам периоды в частоте возникновения циклонов и в длине сезона активного циклогенеза в указанных регионах. Оказалось, что периодичность наблюдается главным образом в изолированных регионах : Южно-Китайское море, Мексиканский залив и Карибское море. Важно отметить, что данные регионы совпадают с экваториальной зоной ночных высыпаний заряженных частиц с энергиями (10-100) кэВ, расположенной вдоль геомагнитного экватора. В частности, в Южно-Китайском море получена антикорреляция интенсивности регионального циклогенеза с солнечным циклом, достигающая 75%. Показано, что амплитуда 11-летней периодичности в интенсивности циклогенеза модулируется сильно сглаженной частотой солнечных пятен, а длина сезона активного циклогенеза – сильно сглаженной поверхностной температурой океана.

V.M.Pankov, A.A.Gusev, G.I.Pugacheva, W.N.Spjeldvik and I.M.Martin. Decadal cycles in the tropical cyclogenesis, 37^th COSPAR Assembly, Oceanic Processes and Operational Oceanography: Combining Space and In Situ Data with Models, A21-0005-08, July 13-20, Montreal, Canada 2008.

В.М.Панков, А.А.Гусев, А.А.Лазарев, Г.И.Пугачева, М.И.Войсковский. Cвязь тропического циклогенеза с солнечной и магнитосферной активностью, Научная сессия МИФИ-2008, Сбор-ник научных трудов, 2008, т.9, с.202-204.

Гусев Анатолий Александрович, к.ф.м.н., т. 333-3045, vpan-iki@yandex.ru

30. Предложена методика для определения плотности фотоэлектронного тока co спутника.

Предложена методика для определения плотности фотоэлектронного тока на основе сопоставления одновременных измерений потенциала спутника Интербол-2 относительно плазмы зондовыми экспериментами ИЭСП-2 (измеритель электрических полей) и КМ-7 (датчик электронной температуры). Проанализированы данные, полученные с ~350 участков орбит в авроральной зоне магнитосферы на высотах 2-3 радиусов Земли с октября 1996 г. по март 1998 г., т.е. в период глубокого минимума 23-го цикла солнечной активности. Показано, что плотность фотоэлектронного тока со спутника Интербол-2 составляла 1.8÷3.6 нA см^-2.

Смирнова Н.Ф., Г. Станев Определение плотности фотоэлектронного тока на основе сопоставления измерений потенциала спутника «интербол-2» относительно плазмы зондовыми приборами ИЭСП-2 и КМ-7. //Солнечно-земная физика, 2008, Вып. 12, Том 1, с. 186-189.

Смирнова Нинель Федоровна, т. 333-1023, nsmirnova@romance.iki.rssi.ru

V. Ионосфера и атмосфера Земли

31. Разработана общая последовательная схема использования спектрального уширения сигнала ОНЧ передатчика, наблюдаемого на ионосферном спутнике, для обнаружения сейсмической активности.

Эта схема включает в себя механизмы образования мелкомасштабных неоднородностей плотности плазмы, и возбуждения квазиэлектростатических нижнегибридных волн в результате рассеяния сигнала передатчика на мелкомасштабных неоднородностях. Оба эти процесса исследованы на количественном уровне.

V.M. Chmyrev, V.M. Sorokin, D.R. Shklyar, VLF transmitter signals as a possible tool for detection of seismic effects on the ionosphere. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 70 (2008) 2053–2060.

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

32. Исследована пространственная структура ультра-низкочастотных волн в верхней ионосфере

Данные магнитометров с высоким разрешением с низко-орбитальных спутников последнего поколения (Oersted, CHAMP, ST5) позволили регистрировать Pc3 волны с периодами порядка первых десятков сек в верхней ионосфере на высотах 300-800 км. Характерной особенностью зарегистрированных Pc3 волн в верхней ионосфере было наличие значительной компоненты сжатия (compressional) магнитного поля, при этом в наземных сигналах преобладала H компонента. Для интерпретации наблюдений была разработана численно-аналитическая модель описывающая взаимодействие падающей альвеновской или магнитозвуковой волны с многослойной системой магнитосфера – тонкая ионосфера – атмосфера – Земля. Компонента сжатия может возникать в поле волны либо в результате трансформации мод при взаимодействии падающей альвеновской волны с анизотропной ионосферой, либо за счет просачивания энергии магнитозвуковых волн из магнитосферы до высот верхней ионосферы. С помощью этой модели для обоих возможных механизмов были оценены амплитудно-фазовые соотношения между магнитными компонентами волны в верхней ионосфере и на земной поверхности. Сопоставление модельных результатов с наблюдениями Рс3 волн на спутнике CHAMP и на сети наземных среднеширотных станций показало хорошее согласие со сценарием прямого проникновения магнитозвуковой волны к земной поверхности. Полученный вывод ставит вопрос о необходимости смены парадигмы в представлениях о физике ультра-низкочастотных волн в околоземном пространстве.

Pilipenko, V., E. Fedorov, B. Heilig, and M J. Engebretson, Structure of ULF Pc3 waves at low altitudes, J. Geophys. Res., 113, A11208, doi:10.1029/2008JA013243, 2008.

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

33. Впервые обнаружен эффект главной фазы магнитной бури в дневных вариациях атмосферного электрического поля на средних широтах.

Этот эффект проявляется как резкое большое (~100-300 В/м) уменьшение Ez в дневные часы при отсутствии локальных геомагнитных возмущений, но одновременно с началом развития суббури в ночном секторе авроральных широт. Выявленный эффект может быть или результатом крупномасштабных изменений в глобальной атмосферной электрической цепи, вызванных резким возрастанием проводимости нижней ионосферы в ночном секторе во время развития магнитосферных суббурь или результатом проникновения электрического поля солнечного ветра.

Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Михновский С., Кубицкий М.. Эффект магнитной бури в вариациях атмосферного электрического поля в средних широтах // Геомагнетизм и Аэрономия. Т. 48, №5, С. 650-659. 2008.

Клейменова Наталия Георгиевна, д.ф.-м.н., проф. 254-4290, kleimen@ifz.ru

34. Проведены исследования уровня волновой геомагнитной активности Рс5 с использованием нового ULF-индекса.

Проанализирован уровень волновой геомагнитной активности в диапазоне частот Рс5 (2-6 мГц) в утреннем и дневном секторах авроральных широт во время сильных магнитных бурь 1995-2002 гг. с использованием нового ULF-индекса волновой активности. Обнаружено, что наибольшая интенсивность дневных пульсаций отмечается в главную фазу магнитной бури, а не в восстановительную, как это считалось ранее.

Козырева О.В., Клейменова Н.Г., Оценка уровня дневной волновой геомагнитной активности во время магнитных бурь с помощью нового ULF индекса, Геомагнетизм и Аэрономия. Т.48, №4. С. 511-519. 2008

Клейменова Наталия Георгиевна, д.ф.-м.н., проф. 254-4290, kleimen@ifz.ru

35. Выявлена причина возбуждения широкополосных пульсаций геомагнитного поля в диапазоне 0.5-5 Гц с изменением частоты.

На достаточно большой статистике изучено появление в геомагнитном поле на средних широтах и в авроральной области всплесков сравнительно высокочастотных геомагнитных пульсаций в ответ на приход к магнитосфере резких и больших скачков потока ионов солнечного ветра. Указанные всплески по виду спектра колебаний подразделяются на широкополосные пульсации и пульсации с изменением (нарастанием) во времени частоты колебаний.

В.А. Пархомов, Г.Н. Застенкер, М.O. Рязанцева, Б. Цегмед, ТА. Попова, Всплески геомагнитных пульсаций в частотном диапазоне 0.2-5 Гц, возбуждаемые большими скачками давления солнечного ветра (статья послана в журнал Космические исследования).

V.A. Parkhomov, G.N. Zastenker, M.O. Ryazantseva, B. Tsegmed, T.A. Popova,Bursts of geomagnetic pulsations in the frequency range of 0.2-5 Hz generated by strong pulses of the solar wind pressure The annual seminar "Physics of Auroral Phenomena" is held in Apatity on 26 February 2008 - 29 February 2008.

Застенкер Георгий Николаевич, д..ф.м.-н., проф., т. 333-1388, gzastenk@iki.rssi.ru

36. Проведен обзор влияния акустико-гравитационных волн на состояние ионосферы Земли.

Проведен обзор влияния акустико-гравитационных волн на состояние ионизованной компоненты верхней атмосферы Земли. Показано, что их присутствие приводит к нагреву и возникновению неоднородностей в плазме, к изменению высотного профиля распределения ее концентрации.

Gdalevich, G.L., Influence of Acoustic-Gravity Waves on Ionized Component of the Upper Atmospheres of the Earth, in: Plasma Phenomena in the Solar System: Discoveries of Prof. K.I. Gringauz a View from XXI century, International Conference Program and Abstracts, Moscow, June 9-11, 2008, p.12.

Гдалевич Геннадий Лазаревич, д.ф.-м.н., проф., т. 333-5255, ggdalevi@iki.rssi.ru

37. О влиянии магнитного поля на зондовые характеристики цилиндрических зондов в ионосфере Земли.

Показано, что при измерениях в пространственно однородной ионосферной плазме под влиянием магнитного поля Земли на вольт-амперных характеристиках цилиндрических зондов могут наблюдаться участки с отрицательной крутизной в области насыщения электронных токов. Зондовые характеристики с участками отрицательной крутизны измерялись на спутниках КОСМОС-378, ИНТЕРКОСМОС-10, ИНТЕРКОСМОС-БОЛГАРИЯ-1300. В нижней части Рис. 1 представлены телеметрические записи таких вольт-амперных характеристик, измеренных на ИК-Б-1300 в северном полушария Земли. В верхней части рисунка показана концентрация положительных ионов, измеренная одновременно на том же спутнике сферической ловушкой положительных ионов с плавающим потенциалом на внешней сетке.

Показано, что на вольт-амперных характеристиках участки с отрицательной крутизной могут появляться при концентрации ионосферной плазмы < 1000 см^-3 и напряженности продольной для цилиндрического зонда составляющей геомагнитного > 0.5 Гс. Наличие таких участков на вольт-амперных характеристиках затрудняет их анализ стандартными методами, но может обеспечить возможность получения дополнительной информации об ионосферной плазме в случае создания теоретических моделей такого эффекта, адекватных условиям измерений в ионосфере.

Губский ВячеславФедорович, т.333-3289, vgubsky@iki.rssi.ru

VI. Планеты и гелиосфера

38. Исследование статистических распределений свойств солнечного ветра в дальней гелиосфере.

Проанализированы статистические распределения интенсивности потоков энергичных заряженных частиц, потока солнечного ветра и величины межпланетного магнитного поля по данным космических аппаратов VOYAGER1 и VOYAGER 2 в дальней гелиосфере. Сравнение распределений в области пересечения фронтов ударных волн в 1991 г. и в 2004 г. позволило обнаружить элементы сходства и различия, не известные ранее. В обоих случаях перед фронтом волны наилучшая аппроксимация достигается логнормальным распределением, а после фронта – гауссовым. Возможно, что это указывает на преобладание мультипликативных и аддитивных процессов соответственно в каждом из этих случаев.

Veselovsky, I. S.; Zeldovich, M. A. Statistical properties of the fluxes of energetic ions and solar wind in the region of intersection of shock wave fronts in the distant heliosphere. Cosmic Research, Volume 46, Issue 1, pp.8-14, 2008. DOI:10.1007/s10604-008-1002-6

Веселовский Игорь Станиславович, д.ф.-м.н., проф., т. 939-1298, veselov@dec1.sinp.msu.ru

39. Моделирование области гелиосферного ударного слоя в случае сильного (~ 4.4 мкГаусс) межзвездного магнитного поля имеющего небольшой (15-20⁰) угол наклона магнитного поля к направлению набегающего потока межзвездной среды.

Впервые были проведены расчеты области взаимодействия солнечного ветра с локальной межзвездной средой в случае сильного (~ 4.4 мкГаусс) межзвездного магнитного поля и небольшим углом наклона магнитного поля к направлению набегающего потока межзвездной среды. Расчеты приводились в рамках трехмерной кинетико-магнитогидродинамической модели взаимодействия солнечного ветра с локальной межзвездной средой. Расчеты проводились с учетом последних по сечению перезарядки атомов водорода на протонах, а направление межзвездного поля предполагалось лежащим в плоскости, определяемой экспериментами по рассеянному солнечному Лайман-альфа излучению. Показано, что для данной величины и направления межзвездного магнитного поля, полученные в рамках модели расстояния до гелиосферной ударной волны хорошо согласуются с пересечениями гелиосферной ударной волны КА Voyager 1 и Voyager 2. Для корректного сравнения теории и эксперимента учитывались колебания гелиосферной ударной волны, связанные с временными изменениями динамического давления солнечного ветра.

Izmodenov, Vladislav V., Local Interstellar Parameters as They Are Inferred from Analysis of Observations Inside the Heliosphere, Space Science Reviews, DOI:10.1007/s11214-008-9444-y, Online First, 2009. (принята в печать).

V.V. Izmodenov, D.B. Alexashov, S.V. Chalov, O.A., Katushkina, Y.G. Malama, E.A. Provornikova, Kinetic-gasdynamic modeling of the heliospheric interface: global structure, interstellar atoms and heliospheric ENAs, Space Sci. Rev., accepted, 2009. (принята в печать).

Измоденов Владислав Валерьевич, д.ф.м.н., ., т. 333-3012, izmod@iki.rssi.ru

Малама Юрий Георгиевич, к.ф.м.н., т. 333-3012.

40. Анализ пространственных и временных изменений параметров заряженной и нейтральных компонент в области гелиосферного ударного слоя.

Было проведено 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 и проанализированы 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.

Izmodenov, V.V., Malama, Y.G., Ruderman, M.S., Modeling of the outer heliosphere with the realistic solar cycle, J. Adv. Space Res., Volume 41, Issue 2, p. 318-324 , doi:10.1016/j.asr.2007.06.033, 2008.

Izmodenov, Vladislav V., Local Interstellar Parameters as They Are Inferred from Analysis of Observations Inside the Heliosphere, Space Science Reviews, DOI:10.1007/s11214-008-9444-y, Online First, 2009. (принята в печать).

Измоденов Владислав Валерьевич, д.ф.м.н., ., т. 333-3012, izmod@iki.rssi.ru

Малама Юрий Георгиевич, к.ф.м.н., т. 333-3012.

41. 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.

Quémerais,E., Izmodenov,V., Koutroumpa, D., Malama,Y., Time dependent model of the interplanetary Lyman α glow: applications to the SWAN data, Astronomy and Astrophysics, Volume 488, Issue 1, 2008, pp.351-359.

Измоденов Владислав Валерьевич, д.ф.м.н., ., т. 333-3012, izmod@iki.rssi.ru

Малама Юрий Георгиевич, к.ф.м.н., т. 333-3012.

42. Исследование роли процесса перезарядки как источника рентгеновского излучения в областях взаимодействия холодного нейтрального газа с горячей плазмой.

Предметом изучения являлись области взаимодействия плотного холодного нейтрального газа и горячей разреженной плазмы. Под нейтральным газом понимается газ атомарного водорода, плазма считается квазинейтральной. Движение водородного газа и плазмы описывается системой уравнений гидродинамики. Эффективным процессом во взаимодействии двух компонент считается процесс перезарядки атомов водорода на протонах плазмы. Представлены результаты, полученные в рамках одномерной нестационарной двухконтинуальной модели. Показано образование переходной области, отделяющей плотный нейтральный газ и разреженную горячую плазму, и распределение газодинамических параметров в этой области. Исследовано поведение этой области с течением времени. Известно, что перезарядка нейтральных атомов и тяжелых ионов является источником рентгеновского излучения. В работе произведена оценка интенсивности рентгеновского излучения в переходной области, образовавшейся в результате взаимодействия холодного нейтрального газа и горячей плазмы. Несложно привести такую оценку для конкретного астрофизического явления, для этого необходимо умножить найденную величину на отношение концентрации ионов и протонов и на отношение соответствующих сечений.

Provornikova E., Izmodenov V., Lallement R. Role of charge exchange in the interaction of cold neutral gas and hot plasma, Proceedings of the conference Local Bubble and Beyond II, 2008 (принята в печать).

Измоденов Владислав Валерьевич, д.ф.м.н., ., т. 333-3012, izmod@iki.rssi.ru

Проворникова Елена Александровна, студ., т. 333-3012.

VII. Теоретические исследования

43. Исследование процессов возбуждения собственных косых мод в токовом слое хвоста магнитосферы Земли и их влияния на инициацию геомагнитных возмущений.

Впервые проведено теоретическое исследование устойчивости токового слоя в бесстолкновительной плазме по отношению к группе собственных колебаний (т.наз. косых мод), которые могут распространяться «веером», в произвольных направлениях по отношению к оси магнитосферного хвоста. В отличие от предыдущих работ, в модели учтена анизотропия тензора давлений плазмы и наличие в хвосте малой нормальной компоненты магнитного поля Bz. Показано, что при любых углах распространения возмущений скорость роста косых мод положительна в области реальных параметров. В частности, токовый слой может быть неустойчивым по отношению к тиринг-моде (распространяющейся вдоль хвоста в направлении , где -волновой вектор), и это может объяснять начало взрывной фазы суббури. Найдено решение теоретического парадокса о полной устойчивости токового равновесия: анизотропный токовый слой обладает избытком свободной энергии, необходимой для развития разрывной моды (Artemyev et al. 2008). Показано также, что возмущения, вдоль линий тока могут распространяться в виде кинк- или перетяжечной мод, причем скорости их роста сопоставимы. Разрабатываемая теория предсказывает, что в токовом слое магнитосферного хвоста может возникать и развиваться целый набор собственных волновых мод, распространяющихся под произвольными углами к оси хвоста, которые могут иметь смешанные свойства, характерные как для кинк-, так и для тиринг-волн. Таким образом, построена адекватная теория собственных колебаний токового слоя магнитосферного хвоста, позволяющая описывать экспериментальные закономерности.

Zelenyi Lev, Artemyev Anton, Malova Helmi, Popov Victor, Marginal stability of thin current sheets in the Earth’s magnetotail. J. Atmos. Solar Terr. Phys, 2008, v. 70, p. 325-333.

L. M. Zelenyi, A. V. Artemyev, A. A. Petrukovich, R. Nakamura, H. V. Malova, V. Y. Popov, Low frequency eigenmodes of thin anisotropic current sheet and Cluster observations., Ann. Geo., accepted, 2008

Артемьев Антон Владимирович, аспирант, тел. 333-2500, ante0226@yandex.ru

Зеленый Лев Матвеевич, академик РАН, д.ф.-м.н., т. 333-2588, lzeleny@iki.rssi.ru

Малова Хельми Витальевна, д.ф.-м.н., тел. 333-2500, hmalova@yandex.ru

Петрукович Анатолий Алексеевич , д.ф.-м.н., тел. 333-3267, apetruko@iki.rssi.ru

Попов Виктор Юрьевич, д.ф.-м.н., тел. 333-2500, masterlu@mail.ru

44. Моделирование плазменных систем в хвосте магнитосферы.

Структура токовых слоев в бесстолкновительной космической плазме.

a) Рассмотрена самосогласованная модель токового слоя с тройным расщеплением. 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.

Быков А.А., Л.М. Зеленый, Х.В. Малова, Tройное расщепление тонкого токового слоя: новый тип плазменного равновесия, Физика плазмы, 2008, Т. 34, No. 2, С. 148–155. In English: A. A. Bykov, L. M. Zelenyi, and Kh. V. Malova, Triple Splitting of a Thin Current Sheet—A New Type of Plasma Equilibrium, ISSN 1063-780X, Plasma Physics Reports, 2008, Vol. 34, No. 2, pp. 128–134. © Pleiades Publishing, Ltd., 2008.

b) Проведено аналитическое и численное исследование рассеяния заряженных частиц в токовых слоях с ''колоколообразными'' и ''двугорбыми'' профилями плотности тока. Показано, что 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 Московского университета, Серия 3, Физика. Астрономия, 2008, N 1, 3-10, In English: D. A. Ovodkov, V. Yu. Popov, and H. V. Malova, On the Scattering of Charged Particles in Complex Current Configurations, ISSN 0027-1349, Moscow University Physics Bulletin, 2008, Vol. 63, No. 1, pp. 1–9. © Allerton Press, Inc., 2008.

c) 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.

Коржов А.Г., Малова Х.В., Попов В.Ю., Закон Ома для токового слоя магнитосферного хвоста, Вестник Московского университета, Серия 3, Физика. Астрономия, №3, с. 21-25, 2008.

d) Исследованы свойства и эволюция магнитосферного хвостового токового слоя, имеющего «сплюснутую» геометрию. Показано, что в таком токовом слое наблюдается достаточно сильная шировая компонента магнитного поля By (GSM), вследствие этого магнитные силовые линии почти полностью лежат в нейтральной плоскости, а нормаль к ним имеет северное направление.

Shen, C.; Liu, Z. X.; Li, X.; Dunlop, M.; Lucek, E.; Rong, Z. J.; Chen, Z. Q.; Escoubet, C. P.; Malova, H. V.; Lui, A. T. Y.; Fazakerley, A.; Walsh, A. P.; Mouikis, C., Flattened current sheet and its evolution in substorms, Journal of Geophysical Research, Volume 113, Issue A7, CiteID A07S21, 10.1029/2007JA012812, N 7, 2008.

e) На основе многочисленных спутниковых наблюдений исследованы геометрическая структура наклонных токовых слоев (ТС) и флаппирующие волны. Получены основные геометрические характеристики токовых слоев.

C. Shen, Z. J. Rong, X. Li, M. Dunlop, Z. X. Liu, H. V. Malova, E. Lucek, and C. Carr, Magnetic configurations of the tilted current sheets in magnetotail, Ann. Geophys., 26, 3525–3543, 2008, www.ann-geophys.net/26/3525/2008

Динамика и устойчивость токовых слоев в магнитосфере.

f) Исследована разрывная мода неустойчивости в анизотропном тонком токовом слое. Показано, что, в отличие от классической модели типа Харриса с , где положительная энергия электронной сжимаемости полностью стабилизирует токовый слой, в пространстве параметров анизотропного токового слоя существуют ограниченные области («щели»), внутри которых возможно развитие разрывной неустойчивости.

Zelenyi Lev, Artemyev Anton, Malova Helmi, Popov Victor. Marginal stability of thin current sheets in the Earth’s magnetotail. J. Atmos. Solar Terr. Phys, 2008, v. 70, p. 325-333.

g) Численно исследован процесс эволюции токового слоя Харриса в присутствии электрического поля. Получены эффекты сжатия одномерного слоя и ускорения электронов и ионов вблизи нулевой линии магнитного поля.

Артемьев А.В. Эволюция токового Харриса под действием электрического поля. Вестник Московского Университета, Серия 3, Физика и Астрономия, 2008, № 3б с. 45-48. In English: Artemyev A.V. Evolution of Harris Current Sheet in an Electric Field. Moscow University Physics Bulletin, 2008, v. 63, N. 3, p. 193-196.

h) В работе исследуется устойчивость тонкого анизотропного токового слоя относительно развития кинк- возмущения. Показано, что для сильно анизотропных токовых слоёв инкремент развития неустойчивости больше тех значений, что были получены ранее для модели изотропного слоя Харриса.

Артемьев А.В. Л.М. Зелёный, Х.В. Малова, В.Ю. Попов. Влияние нормальной компоненты магнитного поля на кинк-неустойчивость токового слоя магнитосферы Земли. Физика Плазмы. Т. 34, № 9, с. 834-844. In English: Artemyev A.V., L.M. Zelenyi, Kh. V. Malova, and V.Yu. Popov. Effect of the Normal Component of the Magnetic Field on the Kink Instability of the Earth’s Magnetospheric Current Sheet. Plasma Physics Report, 2008, v. 34, N. 9, p. 771-779.

i) Рассмотрены эффекты ускорения и переноса заряженных частиц в двухмерной конфигурации ансамбля электромагнитных волн с многомасштабной пространственно-временной структурой. Источником ансамбля волн предполагаются собственные моды неустойчивости токового слоя.

Lev Zelenyi, Anton Artemyev, Helmi Malova, Alexander V. Milovanov, Gaetano Zimbardo, Particle transport and acceleration in a time-varying electromagnetic field with a multi-scale structure, Physics Letters A, 372, 6284-6287, 2008, doi:10.1016/j.physleta.2008.08.035, Elsevier.

Зеленый Лев Матвеевич, академик РАН, д.ф.-м.н., т. 333-25-88, lzeleny@iki.rssi.ru

Малова Хельми Витальевна, д.ф.-м.н., тел. 333-25-00, hmalova@yandex.ru

Попов Виктор Юрьевич, д.ф.-м.н., тел. 333-25-00, masterlu@mail.ru

Артемьев Антон Владимирович, аспирант, тел. 333-25-00, ante0226@yandex.ru

Оводков Денис Александрович, к.ф.-м.н., тел. 333-25-00, dovodkov@yandex.ru

Коржов Алексей Геннадьевич, студент, тел. 333-25-00.

45. Исследование влияние амбиполярного электрического поля на резонансные условия ускорения ионов в геомагнитном хвосте.

Ранее нами был получен универсальный скейлинг, связывающий энергию отдельного бимлета W_N с номером резонансной области N, в которой этот бимлет был сформирован: log W_N ~ 1.33 logN. Однако, экспериментальные данные указывали на то, что статистические более вероятно наблюдать бимлеты с меньшим скейлингом, т.е. logW_N < 1.33 logN. Такое отклонение от универсального скейлинга может являться результатом влияния амбиполярного электрического поля, перпендикулярного плоскости токового слоя. Экспериментальные данные со спутника Cluster свидетельствуют, что пространственные масштабы такого поля составляют всего несколько сот километров, а амплитуда порядка 0.1 mV/m.

Нами было показано, что такое поле приводит к смещению резонансных областей к Земле, что, в свою очередь, ведет к уменьшению характерной энергии каждого бимлета пропорциональное величине электрического поля. Учет того факта, что величина электрического поля зависит от электронной температуры T_e и что T_e ~ x^2/3 , где x – расстояние от Земли, приводит к дальнейшему уменьшению скейлинга. Получены аналитические оценки зависимости скейлинга от амплитуды электрического поля, основанные на изучении нелинейной динамики ионов с учетом скачков адиабатического инварианта при пересечении сепаратрисы. Все предположения и аналитические выкладки проверены численным моделированием.

M.S. Dolgonosov, G. Zimbardo, A. Greco and L.M. Zelenyi, “Effect of parallel electric field on beamlets properties”, JGR, submitted, 2008.

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

46. Исследование резонансного взаимодействия энергичных частиц с квазимонохроматической волной, распространяющейся перпендикулярно к магнитному полю в однородной плазме.

Динамика частиц в поле такой волны исследовалась многими авторами, однако обратное влияние частиц на эволюцию волны оставалось не изученным. Поскольку при k_|| → 0 резонансная скорость, определенная из линейных резонансных условий, обращается в бесконечность, обсуждаемое взаимодействие является чисто нелинейным процессом.

Показано, что в результате резонансного взаимодействия амплитуда волны будет возрастать или убывать в зависимости от параметров волны и интегральных характеристик распределения энергичных частиц (в отличие от случая k_|| ≠ 0, когда знак инкремента определяется производной функции распределения в резонансной области). Хотя в рассматриваемом случае знак инкремента зависит от интегральных характеристик распределения частиц, существенное усиление волны может происходить только при условии, что ее частота близка к гармонике гирочастоты, и поперечная энергия резонансных частиц достаточно велика. Результаты работы могут служить основой для объяснения усиления верхнегибридных волн, которые наблюдаются вблизи плазмопаузы.

D.R. Shklyar. Nonlinear interaction between a resonance-mode (k_||=0) wave and energetic plasma particles. Journal of Plasma Physics, doi: 10.1017/S0022377808007496, Published online by Cambridge University Press 14 Aug 2008.

Шкляр Давид Рувимович, д..ф.-м.н., т. 333-4534, david@iki.rssi.ru

47. Численное моделирование процессов ускорения зарядов в космической плазме пакетами из волн конечной амплитуды.

Выполнены численные расчеты захвата и сильного ускорения зарядов в магнитоактивной плазме при воздействии двух электромагнитных волн конечной амплитуды. Задача сведена к анализу нестационарного, нелинейного уравнения второго порядка диссипативного типа для фазы первой волны на траектории частицы. Амплитуды волн и их частоты полагаются близкими. Показано, что при достаточной разнице фазовых скоростей волн влияние второй моды сравнительно невелико и ослабевает по мере ускорения частицы, захваченной первой модой. Следовательно, генерация потоков ускоренных частиц за счет механизма серфинга возможна и при взаимодействии зарядов с пакетами из волн конечной амплитуды при условии достаточного разделения фазовых скоростей мод в пакете. При воздействии двух волн на плоскости начальных данных структура области захвата частиц в режим ультрарелятивистского ускорения может быть односвязной. Можно ожидать, что при некоторых условиях наличие второй моды будет способствовать серфингу зарядов на волнах. При захвате частиц в режим серфинга на больших временах поперечные к внешнему магнитному полю компоненты импульса захваченной частицы увеличивались практически линейно с ростом времени. Динамика колебаний фазы волны на траектории ускоряемого заряда свидетельствует о том, что эффективная потенциальная яма для захваченных частиц эволюционирует с течением времени, в частности, ее минимум сдвигается в область больших значений фазы. Темп увеличения энергии частицы практически не зависит от значения начальной фазы из диапазона фаз, благоприятных для удержания и ускорения зарядов. На основе дифференциального, нелинейного уравнения второго порядка возможно обобщение на случай пакета волн с некоторым непрерывным распределением по амплитудам и фазам в зависимости от частоты волны. Следовательно, можно изучать влияние частотной дисперсии на эффективность механизма серфинга.

N.S.Erokhin, L.A.Mikhailovskaya, R.A.Shkevov, S.L.Lukov. On the sutfatron acceleration of charged particles in space plasmas by the localized electromagnetic waves packet. Proceedings of international conference “Fundamental Space Research”, Solar-Terrestrial Influences Laboratory of BAS, Sunny Beach, Bulgaria, September 2008, pp.171-174.

Н.С.Ерохин, Н.Н.Зольникова, Л.А.Михайловская. Особенности захвата и серфотронного ускорения ультрарелятивистских частиц в космической плазме в присутствии попутной волны. Вопросы атомной науки и техники, 2008, № 4, с.114-118.

Н.С.Ерохин, П.П.Гриневич, А.Н.Ерохин, Н.Н.Зольникова. Серфотронное ускорение заряженных частиц в космической плазме при воздействии двух волн конечной амплитуды. – Научная сессия ²МИФИ-2008², сборник научных трудов, М.:, МИФИ, 2008, т.9, с.115-117.

Ерохин Николай Сергеевич, д.ф.м.н., т. 333-4100, nerokhin@mx.iki.rssi.ru

48. Исследование распространения ионизационно-ударного фронта, порождаемого в межзвездной среде излучением горячей звезды.

Выполнено математическое моделирование процессов формирования и фрагментации газовой оболочки, образующейся при выходе ионизационно-ударного фронта на поверхность плотного облака, окружающего звезду. Происхождение неоднородной структуры околозвездного газа в настоящее время объясняется развитием различного типа гидродинамических неустойчивостей. К одному из них принадлежит неустойчивость нейтральной ускоренно движущейся оболочки, которая образуется под действием излучения центральной звезды. Схематически возникающее движение изображено на рис. 1. От массы, толщины и ускорения оболочки зависят инкременты нарастания неустойчивости и характеристики фрагментов. Ранее в литературе эти параметры оценивались на основе приближенных моделей.

Путем численного моделирования в рамках полной системы уравнений радиационной газодинамики с учетом спектрального состава излучения и неравновесных фотохимических реакций установлен эффект фрагментации оболочки (он иллюстрируется на рис. 2.) и впервые получены следующие результаты.

Распределение вещества в оболочке и её толщина качественно отличаются от используемых в приближенных моделях. Массы образующихся конденсаций существенно (на порядки) больше вычисляемых приближенно. Тем самым в значительной степени устраняется расхождение между наблюдаемыми и оцениваемыми теоретически массами и радиусами конденсаций.

Обнаруженные в расчетах особенности динамики нейтральных оболочек проявляются в достаточно широком диапазоне изменения температуры звезды, радиуса и плотности облака, параметров окружающей облако среды.

Котова Г.Ю., Краснобаев К.В. «Нелинейные деформации ускоренно движущейся излучающей оболочки» // Химическая физика, т. 27, №5, с.81,2008.

Котова Г.Ю., Краснобаев К.В., Тагирова Р.Р. «Двумерные неустановившиеся движения фотоиспаряемых газовых оболочек» // Проблемы современной механики: к 85-летию со дня рождения академика Г.Г. Черного. Сборник . Московский гос. ун-т, Ин-т механики; под ред. А.А.Бармина – М.: Изд-во Моск. ун-та; Изд-во “Омега-Л”, 2008. – 639 с. // с. 190-206 .

Котова Г.Ю., Краснобаев К.В. «Ускорение сферической нейтральной оболочки, формируемой ионизационно-ударным фронтом в неоднородной межзвездной среде» // Письма в Астрон. журн., т. 35, № 3, 20-28, 2009.

Котова Г.Ю., Краснобаев К.В., Тагирова Р.Р. «Неустановившиеся движения плотных оболочек, порождаемых ионизационно-ударным фронтом в межзвездной среде» // Вестник МГУ. Сер.1. Математика. Механика. №1, 2009 (в печати).

Краснобаев К.В. «Гидродинамические неустойчивости в излучающей газо-пылевой среде». Приглашенный доклад. // Тезисы докладов Международной конференции «НЕЗАТЕГИУС- 2008». Москва.

Краснобаев Константин Васильевич, д.ф.-м.н, т. 333-3012., kvk-kras@list.ru

Тагирова Рената Рифовна., м.н.с., т. 333-3012, tarenata@rambler.ru

49. Моделирование кумулятивных эффектов при развитии возмущений ускоренно движущегося тангенциального разрыва, разделяющего среды разной плотности.

Условия для возбуждения неустойчивости тангенциального разрыва реализуются во многих динамических процессах в межзвездной среде – при взаимодействии звездного ветра с межзвездной средой, при распространении ударных волн от сверхновых, при оттоке ионизованного газа с поверхности глобул. При этом недавние исследования в рамках инерционных моделей указывают на возможность возникновения в течении «пальцеобразных» конденсаций с сосредоточенной в них значительной долей массы первоначального возмущения.

В результате численных расчетов для режима постепенного ускорения определены условия наибольшего проявления эффекта кумуляции. Впервые обнаружена сложная структура ударных волн, образующихся при формировании конденсаций (рис. 3).

Для случая импульсного ускорения контактного разрыва ударной волной очень большой интенсивности впервые установлено, что с учетом высвечивания уменьшается вклад длинноволновых возмущений в деформации поверхности разрыва (рис. 4).

Применительно к динамике ударных волн от сверхновых показано, что начальные условия являются фактором, способным влиять на морфологию возмущенной ударной волной межзвездной среды.

Рис. 4 . Зависимость роста амплитуды А(l) от длины волны l начального возмущения, А и l отнесены к длине высвечивания, скорость ударной волны равна 3.88^.10^7 см/с. Цифры у кривых - время в единицах времени высвечивания. Штриховые линии – расчет без учета высвечивания.

К.В. Краснобаев, Р.Р. Тагирова «Моделирование неустойчивости ускоренно движущейся газовой оболочки» // Изв. РАН. Серия МЖГ. № 5. С. 163-172.

К.В. Краснобаев, Р.Р. Тагирова «О проявлении неустойчивости Рихтмайера-Мешкова в неоднородной межзвездной среде с высвечиванием» // Письма в Астрон. журн., 2009 (в печати).

К.В. Краснобаев, Р.Р. Тагирова «Исследование развития неустойчивости тангенциального разрыва под действием импульсного и постепенного ускорения» // Материалы ХХХII академических чтений по космонавтике «Актуальные проблемы российской космонавтики». 2008.

Р.Р. Тагирова. Ускоренное движение излучающей деформированной газовой оболочки // Тезисы докладов. V Конференция молодых ученых Института космических исследований РАН, 2008. С. 41.

Р.Р. Тагирова. Развитие возмущений ускоренно движущегося газового слоя // Материалы докладов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов». М.: Издательство МГУ; СП МЫСЛЬ, 2008. — 1 электрон. опт. диск (CD-ROM);[http://www.lomonosov-msu.ru/2008/]. Подсекция «Механика» С.15-16.

Краснобаев Константин Васильевич, д.ф.-м.н, т. 333-3012., kvk-kras@list.ru

Тагирова Рената Рифовна., м.н.с., т. 333-3012, tarenata@rambler.ru

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

a) Исследование применимости метода усреднения и теории адиабатических инвариантов для описания динамики в системах с отражениями.

Проведено исследование динамики частицы в обобщенной модели Ферми – Улама, когда в системе присутствует внешнее потенциальное поле, действующее на частицу. В данной задаче возможны два режима движения частицы: с отражениями от стенок и без отражений, когда частица удерживается между стенками внешней силой. Показано, что при переходе от одного режима движения к другому адиабатический инвариант задачи испытывает квазислучайный скачок. Получена ассимптотическая формула для значения этого скачка. Проведено исследование поведения трассы луча в плавно нерегулярном волноводе с отражающими стенками, заполненном неоднородной средой. Выведена асимптотическая формула для изменения адиабатического инварианта при переходе от режима распространения луча без отражения от стенок волновода к режиму с отражениями (переход через сепаратрису), а также получена оценка точности этой формулы.

Gorelyshev I.V., Neishtadt A.I. Jump in adiabatic invariant at a transition between modes of motion for systems with impacts, Nonlinearity, v.21, pp.661-676, 2008.

Горелышев И.В., Нейштадт А.И. О смене режима распространения лучей в плавно нерегулярном волноводе, Мат. Заметки, т. 84, № 3, с.348 – 364, 2008.

Нейштадт Анатолий Исерович, д.ф.-м.н., т. 333-5145, aneishta@iki.rssi.ru

Горелышев И.В., т. 333-5346, igor_gor@iki.rssi.ru

b) Исследование динамики электрона в параболической модели магнитного поля хвоста магнитосферы Земли при наличии электростатической волны.

Рассмотрено движение электронов в хвосте магнитосферы Земли под влиянием геомагнитного поля и электростатической волны. В отсутствие электромагнитных волн движение описывается адиабатической теорией ведущего центра и распадается на быстрое ларморовское вращение и медленное движение вдоль силовой линии. Каждому из этих движений соответствует по адиабатическому инварианту (соответственно, магнитный момент и «продольный» инвариант). Экспериментальные данные демонстрируют наличие транспорта в пространстве функций распределения электронов по скоростям, что свидетельствует о наличии хаотической динамики. Показано, что возникновение хаоса связано с наличием резонансов типа «волна-частица», когда проекция усредненной по ларморовскому вращению скорости частицы на направление волнового вектора совпадает с фазовой скоростью волны. Описана структура резонансной поверхности и получены формулы для скачка «продольного» адиабатического инварианта при рассеянии на резонансе и для вероятности захвата в резонанс. На основе полученных формул продемонстрировано возникновение диффузии в направлении, перпендикулярном магнитным силовым линиям и хаотического перемешивания по значению «продольного» адиабатического инварианта.

Васильев А.А., Нейштадт А.И., Симо К., Трещев Д.В. Острова устойчивости в области переходов через сепаратрису в гамильтоновых системах с быстрыми и медленными движе-ниями, Труды Математического института им. В.А.Стеклова РАН, т. 259, с. 243-255, 2008

Neishtadt A.I., Vasiliev A.A. On the absence of stable periodic orbits in domains of separatrix crossings in non-symmetric slow-fast Hamiltonian systems, Chaos, v.17, No.4, 043104, 2008.

Vainchtein D.L., Widloski J., Grigoriev R.O. Resonant mixing in perturbed action-action-angle flow, Physical Review E, v.78 (2): Art. No. 026302, 2008.

Нейштадт Анатолий Исерович, д.ф.-м.н., т. 333-5145, aneishta@iki.rssi.ru

Васильев Алекей Алексеевич, к.ф.-м.н., т. 333-5346, valex@iki.rssi.ru

Вайнштейн Дмитрий Львович, к.ф.-м.н., 333-5346, dvainsh@iki.rssi.ru

c) Исследование влияния резонансных явлений на перемешивание в течениях на микромасштабах.

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, а также для размеров областей регулярной и хаотический динамики. Продемон-стрирована возможность количественного описания перемешивания на длительных временах с помощью функции распределения вероятности.

Исследовано перемешивание в микрокаплях, равномерно двигающихся по действием силы тяжести, и находящихся в электромагнитном поле, амплитуда которого периодически меняется со временем. Продемонстрировано, что в системе возникает перемешивание в окрестностях линий тока невозмущенной системы, частота движения на которых находится в резонансе с частотой модуляции электрического тока. Получены оценки для положения и размера области перемешивания и скорости перемешивания.

R.Chabreyrie R., Vainchtein D., Chandre C., Singh P., Aubry N. Tailored mixing inside a translating droplet, Physical Review E, v.77 (3): Art. No. 036314, 2008. 

Вайнштейн Дмитрий Львович, к.ф.-м.н., 333-5346, dvainsh@iki.rssi.ru

d) 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 веществен-ными собственными частотами. Однако, в определенном интервале параметров, была найдена и исследована нелинейная неустойчивость за счет резонанса 1:1.  Выведено условие адиабатич-ности процесса.

Itin A.P., Watanabe S. and Konotop V.V. Nonlinear dynamical instabilities of a condensate system in an atom-molecule dark state, Phys. Rev. A, v.77, 043610, 2008.

Itin A.P., Watanabe S. Integrability, stability, and adiabaticity in nonlinear Stimulated Raman adiabatic passage, Phys. Rev. Lett., v.99, 223903, 2008.

Итин Александр Павлович, к.ф.-м.н., т. 333-53-46, alx_it@yahoo.com

VIII. Ведущиеся неопубликованные работы и экспериментальные разработки.

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

Сформулирован ряд задач о локализованных электростатических возмущениях, вносимых телом, погруженным в плазму (электрическим зондом, частицей пыли, космическим аппаратом и т.д.). Проведен анализ уравнений движения заряженных частиц при сферической симметрии полей (случай тел, малых по сравнению с гирорадиусами частиц) и цилиндрической геометрии возмущений с осью симметрии вдоль геомагнитного поля (тела больших размеров). В первом случае расчет полей и параметров плазмы может быть выполнен даже с учетом нестационарных переходных процессов. Более общее описание установления полей в магнитоактивной плазме и определение характера экранирования заряженного тела при наличии внешнего (геомагнитного) поля существенно затрудняется «неинтегрируемым» характером движения заряженных частиц, что приводит к необходимости поиска и привлечения приближенных аналитических методов, например, применение техники адиабатических инвариантов. При этом строгие «неинтегрируемые» уравнения движения частиц переводятся в приближенные интегрируемые, что позволяет решать самосогласованные задачи в рамках уравнений Максвелла-Власова.

В рамках адиабатического приближения рассмотрена неустойчивость квазимонохроматической свистовой волны, распространяющейся в слабонеоднородной плазме вдоль внешнего магнитного поля. Механизм неустойчивости нелинейный и обусловлен взаимодействием волны с сгруппированными по фазам резонансными высокоэнергичными электронами. Обнаруженная неустойчивость и соответствующая временная динамика волнового пакета могут объяснить известные явления в магнитосфере, характерные для распространения квазимонохроматических вистлеров (динамику хоров, эффекты триггерирования вистлеров и т.д.). Сформулирован ряд задач, направленных на объяснение поведения фазы свистовой волны при гирорезонансном взаимодействии с энергичными электронами. Написан обзор по резонансному взаимодействию заряженных частиц с медленно эволюционирующими плазменными волнами конечной амплитуды. В стадии подготовки к публикации находятся 2 статьи.

Красовский Виктор Львович, д.ф.м.н., тел.8-495-333-5378, vkrasov@mx.iki.rssi.ru

52. Исследование переходов через сепаратрису в модели прохождения через резонанс Фешбаха в газе ферми-атомов при малых начальных значениях адиабатического инварианта.

Рассмотрена модель образования Бозе-Эйнштейновского конденсата двухатомных молекул из ферми-атомов при медленном прохождении величины внешнего магнитного поля через феш-баховский резонанс. Получена асимптотическая формула для скачка величины адиабатического инварианта (АИ), которая применима только при не очень малых начальных значениях АИ, то есть при наличии определенного количества молекул в начальном состоянии. Как с точки зрения приложений, так и с точки зрения адиабатической теории представляет значительный интерес случай малых начальных значений АИ. Для этого случая получена новая асимпто-тическая формула. Подготовлена статья для публикации Physical Review Letters.

Итин Александр Павлович, к.ф.-м.н., т. 333-53-46, alx_it@yahoo.com

53. Продолжен анализ турбулентности в области внешнего магнитосферного каспа Земли.

По данным четырех спутников проекта Cluster показано, что:

1) Генерация волн в каспе определяется, в основном, локальными процессами взаимодействия неоднородных потоков плазмы с заторможенной плазмой, обогащенной ионосферными ионами.

2) Коэффициент когерентности волновых пакетов на расстояниях ~500 km в разных областях спектра от 0.01 до 11 Гц cоставляет от 0.55 до 0.65. При этом энергетический вклад когерентных колебаний в этом диапазоне частот везде оказывается выше 60% и возрастает иногда до 80-95 % .

3) В составе этих колебаний обычно присутствуют волны, показывающие на отдельных участках дисперсионных зависимостей линейный ход изменения частоты от волнового числа, причем фазовые скорости волн на этих участках часто совпадают с одной из известных МГД волновых мод (Рис. 1).

Готовится публикация.

Романов Станислав Алексеевич, к.ф.-м.н., т. 33-1100, sroman@mx.iki.rssi.ru

54. Проводится подготовка диагностического плазменного комплекса для измерения параметров окружающей ионосферы ДПК-ИПИ на Российском Сегменте МКС.

В соответствии с Долгосрочной программой научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на российском сегменте Международной космической станции ИКИ РАН проводит работу по подготовке космического эксперимента ДПК-ИПИ "Диагностический плазменный комплекс для измерения параметров окружающей ионосферы на РС МКС" в рамках ОКР «МКС – Эксперименты» (Госконтракт №351-5383-02 от 15.03.2002 г. между ОАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королева» и Российским космическим Агентством).

Прибор предполагается установить на российском сегменте МКС - Рис1.

Рис. 1 Размещение прибора ДПК-ИПИ на РС МКС

В 2008 г. по прибору ДПК-ИПИ выполнены следующие работы.

- Завершена разработка комплекта конструкторской документации;

- Изготовлен макет летного прибора, включая макеты датчиков и предусилителей датчиков (Рис. 2, 3)..

Рис.2. Макет усилителя постоянного тока для RPA	Рис.3 Макеты предусилителей датчиков

Афонин Валерий Васильевич, к.ф.-м.н., т. 333 2011, vvvafonin@iki.rssi.ru

55. Проведены детальные квалификационные и физические испытания  нового прибора быстрого монитора солнечного ветра (БМСВ).

Этот прибор обладает рекордно высоким временным разрешением (до 30 мс по потоку ионов и до 0.5 с по скорости, плотности и температуре ионов солнечного ветра). Прибор БМСВ разработан в ИКИ РАН совместно с коллегами из Карлова Университета и ИФА ЧАН (г. Прага, Чешская Республика) и Центра космической науки и прикладных исследований (г. Пекин, КНР) и сейчас подготавливается к установке на российский спутник СПЕКТР-Р.

J. Safrankova, Z. Nemecek, L. Prech, A. Koval, I. Cermak, V. Beranek, G. Zastenker, N. Shevyrev, L. Chesalin, A new approach to solar wind monitoring, Adv. Space Res., v.41, pp.153-159, 2008.

Застенкер Георгий Николаевич, д.ф.м.-н., проф., т. 333-1388, gzastenk@iki.rssi.ru

56. Разработана методика и программа быстрого определения направления потока ионов солнечного ветра по показаниям разнонаправленных цилиндров Фарадея прибора БМСВ.

По результатам этой работы выпущен препринт ИКИ РАН Пр-2151, 2008 г., Г.Н. Застенкер, Т.И. Гагуа, И.Т. Гагуа, Н.Н. Шевырев, А.В. Лейбов, Часть 1 « МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ И НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ИОНОВ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА ПО ПОКАЗАНИЯМ ТРЕХ РАЗНОНАПРАВЛЕННЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРОВ ФАРАДЕЯ ПРИБОРА БМСВ (ЭКСПЕРИМЕНТ «ПЛАЗМА-Ф» НА СПУТНИКЕ "СПЕКТР-Р").

Застенкер Георгий Николаевич, д.ф.м.-н., проф., т. 333-1388, gzastenk@iki.rssi.ru

VIII. Ведущиеся неопубликованные работы и экспериментальные разработки.

57. Проведен анализ работы в полете плазменного эксперимента ROMAP проекта ROSETTA.

Продолжалась работа по анализу и обработке материалов, полученных во время летных измерений плазменной аппаратуры SPM эксперимента ROMAP проекта ROSETTA. В частности, проводилось сравнение электронных спектров, полученных при трех разных уровней напряжений для питания каналотронов в потоке солнечного ветра в ноябре и декабре 2008 г, а также во время пролета аппарата вблизи астероида Стайн в сентябре 2008 г. Сравнение полученных результатов с предыдущей серией измерений в 2004 г. (желтые точки на рисунке) показало, что интенсивность потоков электронов снизилось практически на порядок величины, что связано с большим удалением аппарата от Солнца (более, чем в два раза).

Apathy, I., H.U. Auster, G. Berghofer, A. Remizov, ROMAP status, ROSETTA-PHILAE Workshop in DLR, Cologne 18-20 November 2008.

Ремизов Анатолий Петрович, к.ф.м.-н., т. 333-3389, aremizov@iki.rssi.ru

58. Продолжена работа по адаптация аппаратуры ROMAP для проекта Фобос-Грунт.

Были разработаны чертежи и изготовлены те элементы датчика, которые подлежат изменению для использования прибора для проекта Фобос-Грунт. Были также разработаны и согласованы с изготовителями блока электроники необходимые изменения параметров и логики работы электронной части аппаратуры. В начале 2009 г. планируется сборка, калибровка и испытание плазменного датчика прибора РОМАП, предназначенного для установки на аппарат Фобос-Грунт.

Remizov, A., Accommodation of experiment SPM/ROMAP for project Phobos-Grunt, Workshop in MPS, July 2008.

Ремизов Анатолий Петрович, к.ф.м.-н., т. 333-3389, aremizov@iki.rssi.ru

59. Разработка транспортировочного узла ионов для масс-спектрометра МОМА европейского проекта ExoMars.

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

Goesmann, F., M. Hilchenbach, A. Remizov, et al, TOF mass-spectrometer of Experiment MOMA for project ExoMars, MOMA, Workshop in MPS, June 2008.

Ремизов Анатолий Петрович, к.ф.м.-н., т. 333-3389, aremizov@iki.rssi.ru