Антон Владимирович Артемьев
(м.н.с., отдел 54, к 415, 333-25-00, Email: ante0226@yandex.ru )
Конкурс ИКИ в номинации молодых
ученых.
Серия работ:
Теоретическое исследование процессов переноса, плазменных неустойчивостей и
динамики токовых слоев в бесстолкновительной космической плазме»
1. Артемьев А.В. Эволюция токового
Харриса под действием электрического поля. Вестник Московского Университета,
Серия 3, Физика и Астрономия, 2008, № 3б с. 45-48. (Engl. Transl.: Artemyev A.V. Evolution of Harris Current Sheet in an
Electric Field.
Численно исследован процесс эволюции токового слоя Харриса в
присутствии электрического поля. Для
решения данной задачи использованы коды Власова с явной схемой пересчёта
функции распределения частиц по скоростям. При помощи теоремы о сохранении
фазового объёма проанализирован механизм возникновения электрических полей.
Получены эффекты сжатия одномерного слоя и ускорения электронов и ионов вблизи
нулевой линии магнитного поля. В работе рассмотрен вопрос о совместном
использовании кодов Власова и МГД приближения.
2. 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.
Проблема
устойчивости токовых слоев в бесстолкновительной плазме исследуется давно.
Модель Харриса, где нормальная компонента магнитного поля равна нулю,
неустойчива по отношению к тиринг- возмущению, что, казалось бы, могло
объяснить процессы разрушения токового слоя на ближнем к Земле крае во время
суббурь и образование плазмоидов. Однако, в геомагнитном хвосте всегда
присутствует ненулевая нормальная магнитная компонента 
. Ее
учет в теории приводит к эффекту стабилизации токового слоя вследствие электронной сжимаемости, препятствующей
развитию тиринг-неустойчивости. Парадокс устойчивости токового слоя
магнитосферного хвоста, где нормальная компонента магнитного поля мала, но
отлична от нуля, долгое время находился в центре внимания теоретических работ
по физике магнитосферы. Привлечение большого разнообразия плазменных
неустойчивостей для объяснения начала суббуревых взрывных процессов не
позволяло приблизиться к решению данной проблемы. В настоящей работе в рамках
линейной теории возмущений
проанализирован энергетический баланс тиринг-моды в модели анизотропного
тонкого токового слоя. 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
тиринг-неустойчивости. Основная область неустойчивости сконцентрирована в
области 
, а ее ширина зависит от параметров системы. Полученный
результат согласуется с более ранней работой Галеева и Зеленого (ЖЭТФ,1976),
где утверждалось, что тиринг-неустойчивость может развиваться в ограниченной по
области, и могут быть
полезными для исследований в физических процессов суббуревых инициаций.
3. 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. (Engl.
Transl. Artemyev A.V., L.M. Zelenyi, Kh. V. Malova, and V.Yu. Popov. Effect of
the
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. Полученные значения периодов колебаний составляют несколько
минут. Проведено сравнение полученных результатов с экспериментальными
наблюдениями колебаний токового слоя магнитосферного хвоста. Полученные
результаты позволяют говорить о возможном существенном вкладе кинк-
неустойчивости в крупномасштабные изменения структуры токового слоя в хвосте
магнитосферы Земли.
4.
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 (2008),
doi:10.1016/j.physleta.2008.08.035, Elsevier.
Рассмотрены эффекты ускорения и переноса заряженных частиц в двухмерной конфигурации ансамбля электромагнитных волн с многомасштабной пространственно-временной структурой. Как ускорение частиц, так и их перенос имеют строго недиффузионный характер и сильную зависимость от топологии турбулентной компоненты магнитного поля. Как один из параметров топологии турбулентности в работе найдена средняя «занулённость» магнитного поля, определяемая как отношение числа нулей поля, пересекаемого частицей вдоль своей траектории, к среднему числу нулей поля вдоль прямых линий. Обнаружено, что при прохождении потока частиц через ограниченную в пространстве область турбулентных динамических электромагнитных полей, в этой области формируется функция распределения частиц по скоростям со степенными крыльями типа «каппа - распределения». Построенное распределение по пространственным скачкам заряженных частиц сильно зависит от соотношения турбулентной и стационарной компонент магнитного поля. Так, в случае отсутствия регулярной компоненты магнитного поля распределение частиц по скачкам с ростом скачков спадает медленнее распределений Леви. Результаты данной работы могут быть использованы для объяснения плазменного нагрева и энергизации в турбулентных токовых слоях, например, в хвосте магнитосферы Земли. Приложение результатов работы к исследованию плазменных процессов в короне Солнца обсуждается.
5. О.В.
Мингалев, И.В. Мингалев, Х.В. Малова, Л.М. Зеленый, А.В. Артемьев, Несимметричные конфигурации
тонкого токового слоя с постоянной нормальной компонентой магнитного поля,
«Физика плазмы», принято к печати, 2008.
При
помощи численной самосогласованной модели бесстолкновительного тонкого токового
слоя в хвосте магнитосферы с постоянной компонентой магнитного поля Bz поперек
слоя, основанной на методе крупных частиц, исследуется один из возможных
механизмов формирования несимметричной квазиравновесной конфигурации слоя,
который связан с асимметрией образующих слой источников плазмы на его
периферии. Для случая максимально возможной асимметрии, когда токовый слой
образован только одним источником, для нескольких вариантов входных параметров
модели получены
квазиравновесные конфигурации
слоя, в которых соотношения равновесного силового баланса выполнены с высокой
точностью. В этих конфигурациях по
сравнению с симметричным случаем токовый слой немного смещается в сторону от
источника, но профиль плотности тока по
форме остается близким к симметричному. Проведено сопоставление этих конфигураций с
конфигурациями, полученными из ранее представленной
аналитической модели тонкого токового
слоя. Оно показало, что обе модели дают результаты, которые
качественно совпадают и близки количественно.
6. 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,
www.ann-geophys.net/26/2749/2008/, © European Geosciences Union 2008
22
профиля тонких токовых слоев,
пересеченных спутниками Cluster в хвосте магнитосферы Земли, сравнивались с
самосогласованной моделью анизотропного тонкого токового слоя, учитывающую
несколько сортов квазиадиабатических ионов и замагниченных электронов. Чтобы исследовать
характеристики слоя на масштабе ионного ларморовского радиуса, были
использованы данные Cluster 2001 и 2004 г.г., где пространственное разделение
кораблей составляло, соответственно, 2000 и 1000 км. В то же время
характеристики токового слоя на электронных масштабах изучены с помощью данных
Cluster за 2003 г., когда пространственное разделение спутников составило 200
км. Модель токового слоя, в которой ионный
и электронный токи вложены в более широкий плазменный слой, успешно описывает
заданные экспериментальные зависимости. Критерий устойчивости токового слоя
также согласуется с экспериментом.