Специфика ионно-циклотронных магнитосферных мазеров

Процессы в диапазоне частот, соответствующем ионно-циклотронному резонансному взаимодействию, имеют как свою область параметров, так и некоторые качественные особенности.

Основные параметры  

• частотный диапазон: УНЧ (f ~  0.1-5 Гц)
• волновые электрические поля: dE ~  0.1-10² мВ м^-1
• волновые магнитные поля: dB ~  0.1-30 нТл
• характерные времена: T ~  10-1000 с
• энергичные ионы: W ~  10-200 кэВ;
• надтепловые ионы: W ~  10²-10⁴ эВ;
• потоки энергетичных частиц S ~  10²-10⁶ см^-2 с^-1 кэВ^-1 стер^-1

Основные типы электромагнитных излучений  

1. "жемчужины" T ~  40-100 с Df ~  0.3 Гц

Это структурированные квазипериодические излучения, давно интересующие исследователей [11], механизм формирования которых до настоящего времени вызывает споры. Они наблюдаются, в основном, на восстановительной фазе магнитных бурь на утренней и дневной стороне магнитосферы.

2. КУП (колебания убывающего периода) T ~  1000 с Df ~  1-3 Гц

Излучения этого типа имеют существенно больший частотный дрейф по сравнению с <<жемчужинами>>; кроме того, они, как правило, регистрируются в вечернем секторе на главной фазе магнитных бурь.

3. Неструктурированные излучения

Особенности физических процессов в ионно-циклотронном диапазоне.  

• Резонансное отражение и поглощение волн.

• С одной стороны, на этот диапазон частот приходятся и собственные частоты ионосферного альвеновского резонатора [12].
• с другой стороны, наличие разных сортов ионов в магнитосфере обусловливает возможность гирорезонансного взаимодействия волн, генерируемых энергичными протонами в экваториальной области и распространяющихся вдоль магнитного поля в сторону его усиления, с более тяжелыми ионами (He⁺, O⁺). Это взаимодействие, с одной стороны, изменяет условия генерации волн, а с другой - приводит к образованию надтепловых ионов вследствие резонансного нагрева.

• В отличие от свистовых волн, период которых может быть много меньше характерного времени распространения между областями отражения от ионосферы (f·T_g ~ 10³-10⁴), а длина волнового пакета много меньше длины силовой трубки (для хоровых элементов t ~ 10^-2-10^-1 T_g), для УНЧ диапазона характерны волновые пакеты с меньшим числом периодов и более длинные по сравнению с длиной силовой трубки: f·T_g ~  100, t ~ T_g.
• При типичных амплитудах магнитосферных волн УНЧ диапазона порог нелинейных явлений достигается уже при достаточно большой относительной ширине полосы:

 

Отсюда видно, что f_tr / f ~ 1 уже при Df ~ 0.2 f, если h ~ 1 нТл на L = 4.4.

Основные проблемы ионно-циклотронных мазеров для исследований в рамках проекта РЕЗОНАНС

1. роль коллективных процессов в динамике ионов кольцевого тока
2. физические механизмы формирования различных спектральных типов излучений; роль ионосферного отражения в генерации волн;
3. эффекты гирорезонансного взаимодействия с тяжелыми ионами:
1. нагрев и ускорение ионов;
2. поглощение, трансформация и отражение волн
4. взаимодействие высокочастотных и низкочастотных гидромагнитных пульсаций