Тонкие токовые слои в космической плазме: двухмерная структура

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Plasma populations in Earth’s magnetotail
Основные источники плазмы: солнечный ветер, ионосфера, магнитосферная конвекция

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
X
X
Force balance:
Isotropic pressure models (Kan, 1973)
Anisotropic pressure models
(Zelenyi et al., 2000)
Z
Z
Баланс поперек слоя как в модели Харриса

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
H+, e-
Энергия, обобщенный импульс и адиабатические интегралы движения
сохраняются во время движения частиц
Динамика ионов
Самосогласованная модель 2-х мерного токового слоя
Neistadt, 1986; Timofeev, 1978
Cary, Escande, Tennyson, 1986

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Функции распределения пролетных и захваченных частиц
где
Пролетные ионы
Квазизахваченные и
захваченные ионы

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
2D модель ионного токового слоя

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Anisotropic electron pressure in TCS: calculation of electron currents
1/Rcurv
Rcurv
e-
Jy
Rcurv is minimum
Curvature electron drift

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Уравнения Грэда-Шафранова для двумерного ТС (ур-я для ионов)

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Квазизахваченные ионы
Электроны
Спейсеровские ионы
Квазизахваченные ионы
Двухмерное распределение парциальных плотностей тока

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Распределение плотности тока и
плазмы в двухмерном ТС

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Распределение парциальных плотностей тока в системе
Пролетные ионы
Квазизахваченные ионы

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Структура двухмерного токового слоя
при разных плотностях
захваченных и квазизахваченных частиц

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Распределение N(x,z), φ(x,z), Ez(x,z)

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Распределение нормального поля Bz в 2D ТС

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Вклад популяций частиц плазмы в распределение магнитного поля в ТС
Квазизахваченные ионы
Электроны

ОФН-15, ИКИ РАН,02.2012
Выводы
Показано, что неоднородное распределение плотности тока в тонком токовом слое в продольном направлении обусловлено влиянием квазизахваченных ионов и электронов, в то время как основные носители тока – пролетные спейсеровские частицы.
Плотность квазизахваченных частиц выше в области больших значений Bz, благодаря чему вблизи Земли может формироваться расщепленный ТС с 2 максимумами плотности тока.
В области меньших Bz профиль Jy имеет колоколообразную форму и поддерживается, главным образом, токами пролетных ионов и электронов.
Градиент электронных токов возрастает прочь от Земли, создавая самосогласованную отрицательную Bz компоненту, компенсирующую внешнее поле магнитного диполя.
Возможно, электронные токи в ТТС облегчают формирование Х-линии в хвосте м/сферы Земли.