КОНКУРС НАУЧНЫХ РАБОТ 2006-2007г.г.

в номинации «Лучшая научная работа Института»

1. Imprints of non-adiabatic ion acceleration in the earth’s magnetotail: Interball observations and statistical analysis.

Grigorenko Е.Е.¹, L.M.Zelenyi¹, A.O.Fedorov², J.-A.Sauvaud²,

¹Институт космических исследований РАН, Москва, Россия

²Centre d’Etudie des Recherchers Rayonnements, Toulouse, France

Аннотация.

Статья посвящена статистическому исследованию коротких (по времени наблюдения) высокоскоростных пучков ионов (бимлетов) наблюдаемых в пограничной области плазменного слоя (ПОПС) хвоста и в высокоширотных областях авроральной области магнитосферы Земли спутниками Интербол-1,2. Бимлеты являются результатом нелинейных ускорительных процессов происходящих в токовом слое в дальних областях геомагнитного хвоста. Двигаясь, затем, к Земле вдоль силовых линий магнитного поля, они регистрируются в ПОПС и вблизи границы плазменного слоя в авроральной области в виде коротких (длительность 1-2 мин.) всплесков энергичных ионов (с энергиями ~ несколько десятков кэВ). К сожалению, односпутниковые измерения не позволяют разделить временной и пространственный эффекты в регистрации бимлетов и точно оценить их длительность. Для оценки размера области локализации бимлетов мы использовали статистический метод наложения эпох. В результате, мы статистически определили широтный размер области локализации бимлетов в хвосте и в авроральной области. Была также исследована связь между частотой появления бимлетов в ПОПС и предысторией направления межпланетного магнитного поля (ММП) (величины часового угла). Установлено, что существует интегральный эффект влияния направления ММП на частоту генерации бимлетов, причем частота появления бимлетов в полуночном секторе хвоста и на флангах по-разному зависит от направления ММП. В то время как в полуночном секторе бимлеты наблюдаются практически при любых направлениях ММП, на флангах они генерируются с максимальной частотой лишь, когда ММП имеет большой B_Y компонент.

Advances in Space Research, 2006, т.38, С.37-46.

2. Multiplet structure of acceleration processes in the distant magnetotail

L.M. Zelenyi¹, E.E. Grigorenko¹, J.-A. Sauvaud², R.Maggiolo²

¹ Space Research Institute RAS, Moscow, Russia

²Centre d’Etudie Spatial des Rayonnements, Toulouse, France

Аннотация.

В работе представлены результаты анализа двухпиковых функций распределения высоко-скростных ионных пучков (бимлетов) впервые обнаруженных в пограничной области плазменного слоя спутниками Cluster. Такие функции распределения образуются в результате пересечения двух бимлетов одновременно ускоренных в разных резонансных источниках расположенных в дальних областях токового слоя геомагнитного хвоста. Проведен анализ 100 двухпиковых функций распределения и статистически установлено, что распределение отношений скоростей низкоскоростного и высокоскоростного бимлетов, формирующих такие двухпиковые распределения находится в хорошем согласии со скейлингом скоростей бимлетов предсказанном резонансной теорией неадиабатического ускорения ионов в токовом слое.

Geophys. Res. Lett., 33, L06105, doi:10.1029/2005GL024901, 2006.

3. Spatial-Temporal characteristics of ion beamlets in the plasma sheet boundary layer of magnetotail.

Grigorenko E.E.¹, J.-A. Sauvaud,² L.M. Zelenyi¹

¹Институт космических исследований РАН,

²Centre d’Etude Spatial des Rayonnements, 9 Avenue du Colonel Roche, 4346-31028, Toulouse, France

В работе представлен анализ функций распределения ионных пучков (бимлетов) по скоростям одновременно измеренных на трех аппаратах Cluster на границе пограничной области плазменного слоя и высокоширотными частями геомагнитного хвоста на расстояниях от Земли ~-19R_E,. В результате, были разделены временной и пространственные эффекты в наблюдении бимлетов и произведена оценка минимального времени жизни источников их резонансного ускорения в токовом слое. На большом статистическом материале (75 событий) показано, что время жизни резонансов составляет в среднем ~10 минут, а в некоторых случаях достигает 18мин. Причем, не наблюдалось какой либо зависимости минимального времени наблюдения бимлетов от уровня геомагнитной активности.

Также были произведены исследования структуры бимлетов в вертикальном направлении (перпендикулярно локальному магнитному полю, которое в высокоширотных областях хвоста практически совпадает с X направлением) и определен характерный пространственный размер отдельного бимлета в этом направлении. Статистически доказано, что бимлеты представляют собой локализованные в пространстве структуры, характерный размер которых в направлении перпендикулярном магнитному полю не превышал 0.5R_E. Статистически установлено, что характерные размеры бимлетов, так же как и минимальные длительности их наблюдения, не зависят от уровня геомагнитной активности. Таким образом, установлено, что бимлеты, наблюдаемые в пограничной области плазменного слоя вблизи Земли, представляют собой вытянутые вдоль силовых линий магнитного поля долгоживущие плазменные филаменты, размер которых вдоль направления магнитного поля составляет несколько десятков R_E, в то время как их размер поперек магнитного поля ≤ 1 R_E.

Анализ вариаций магнитного поля и скорости холодной ионосферной плазмы наблюдаемых в момент прохождения бимлета вдоль границы пограничной области плазменного слоя, выполненный на основе данных с четырех спутников Cluster, позволил установить, что с бимлетами связано распространяющееся к Земле альвеновское возмущение силовых линий магнитного поля. Это возмущение искривляет силовые линии бимлета, в результате чего он приобретает вид «змейки». Показано, что причиной альвеновского возмущения может являться возникновение шланговой неустойчивости в момент выхода бимлета из области его генерации в дальнем ТС в пограничную область плазменного слоя. Так как в бимлете динамическое давление вдоль магнитного поля намного выше, чем в перпендикулярном направлении, то условие возникновения шланговой неустойчивости легко выполняется особенно в дальнем хвосте (где в большинстве случаев ускоряются бимлеты и где напряженность магнитного поля согласно измерениям спутника Geotail составляет несколько нТл).

J. Geophys. Res., 112, A05218, doi:10.1029/2006JA011986, 2007.