МГД-возмущениямагнитосферной плазмыУНЧ-диапазона

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Малые возмущения:
Cheng and Chance (1986)
Исходные уравнения

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Уравнения малых возмущений в дипольной геометрии
штрих означает производную по ψ
Уберем БМЗ, положив δp1 = 0

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Уравнения малых возмущений в дипольной геометрии
Полученные точные уравнения
полностью идентичны уравнениям, полученным в баллонном приближении

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Собственные моды
Cheng et al. (1993)
ТАМ – это обычные торсионные колебания магнитной поверхности альфвеновского типа
Черемных и др. (2001)
ПАМ – это компрессионные альфвеновские моды; зацепление – через радиальную кривизну

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Гран. условия на ионосфере
Hameiri and Kivelson (1991)
Hameiri (1999)
Cheremnykh and Parnowski (2004)
Малые параметры:
a/λ|| ~ 10–1, σ⊥/σ|| ~ 10–4
Замыкание магнитосферных токов в ионосфере:
Отсутствие возмущений в атмосфере:
Индексы:
M – в магнитосфере
b – на границе
S – на поверхности

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Спектр собственных мод

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Желобковая неустойчивость (полдень)
Цвета:
Черный = частота
Синий = инкремент при ω ≠ 0
Красный = инкремент при ω = 0
Желобковая мода всегда неустойчива, но при β < 0.14 ей можно пренебречь

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Желобковая неустойчивость (утро/вечер)
Цвета:
Черный = частота
Синий = инкремент при ω ≠ 0
Красный = инкремент при ω = 0
Значение α ~ 3.3 является критическим и разделяет два разных решения

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Желобковая неустойчивость (полночь)
Цвета:
Черный = частота
Синий = инкремент при ω ≠ 0
Красный = инкремент при ω = 0
При α > 4 частота всегда равна нулю

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Желобковая неустойчивость

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Границы устойчивости
Желобковые
Баллонные
Неустойчивость
Желобковые возмущения определяют общую МГД-устойчивость магнитосферной плазмы при любой конечной ионосферной проводимости

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Желобковая неустойчивость
День (высокая проводимость): ΓD ~ δ ~ ΣP−1
Ночь (низкая проводимость): ΓN ~ δ−1 ~ ΣP, ΓD ~ ΓN
Слабая волновая активность
Утро/вечер (средняя проводимость): |Γ| >> |ΓD|, |ΓN|
Сильная волновая активность

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
AMPTE/CCE

08.02.2012
Плазменные процессы в Солнечной системе
Выводы
Спектральная мощность магнитосферных МГД-возмущений в УНЧ диапазоне сильно зависит от интегральной проводимости ионосферы, причем немонотонно с максимумами в утреннем и вечернем секторах, что согласуется с наблюдениями на КА.
Наряду с неустойчивостью Кельвина-Гельмгольца, представляется разумной гипотеза о генерации таких возмущений солнечным УФ терминатором в ионосфере.