Роль тяжелых ионов в нелинейной модификации магнитосферной плазмы под действием УНЧ волн
Категория: 15-2
УДК 550.344
А.К. Некрасов, Ф.З. Фейгин
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия
Приведено выражение для пондеромоторной силы в реальной многокомпонентной магнитосферной плазме, содержащей несколько сортов тяжелых ионов. Получено нелинейное стационарное уравнение баланса с учетом электромагнитной, гравитационной и центробежной сил в плазме, состоящей из электронов, протонов и двух сортов тяжелых ионов (He+ и O+). Уравнение баланса сил решается численно для получения распределения плотности ионов водорода (H+) вдоль силовой линии магнитного поля в присутствии тяжелых ионов. Показано, что для частот, меньших гирочастоты кислорода на экваторе, нелинейное возмущение плотности имеет максимум в экваториальной области вследствие действия пондеромоторной и центробежной сил. Представлено сравнение распределения нелинейной плотности в дипольной и не дипольной дневной магнитосфере. Результаты показывают, что присутствие тяжелых ионов приводит к уменьшению плотности протонов в окрестности экватора.
Ключевые слова: магнитосфера, плазма, пондеромоторная сила, тяжелые ионы.
Литература
Антонова A.E., Шабанский В.П. Структура магнитного поля на больших расстояниях от Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 1968. Т. 8. С.801–805.
Антонова A.E., Шабанский В.П., Хеджкок П.С. Сопоставление эмпирической модели магнитного поля, основанной на данных HEOS-1,2, с аналитической двухдипольной моделью магнитосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т. 23. С.697–699.
Allan W. Ponderomotive mass transport in the magnetosphere // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. P.8483–8493.
Allan W., Manuel J.R. Ponderomotive effects in magnetospheric hydromagnetic waves // Ann. Geophys. 1996. V. 14. P.893–905.
Carpenter D.L., Anderson R.R. An ISEE/ whistler model of equatorial electron density in the magnetosphere // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. P.1097–1108.
Chappel C.R. Detached plasma regions in the magnetosphere // J. Geophys. Res. 1974. V. 79. P.1861–1870.
Denton R.E., Takahashi K., Galkin I.A., Nsumei P.A., Huang X., Reinisch B.W., Anderson R.R., Sleeper M.K., Hughes W.J. Distribution of density along magnetospheric field lines // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. P. A04213. doi: 10.1029/2005JA011414.
Fraser B.J., McPherron R.L. Pc1-2 magnetic pulsation spectra and heavy ion effects at synchronous orbit: ATS 6 results // J. Geophys. Res. 1982. V. 87. P.4560–4566,
Fraser B.J., Samson J.C., Hu Y.D., McPherron R.L., Russel C.T. Electromagnetic ion cyclotron waves observed near the oxygen cyclotron frequency by ISEE 1 and 2 // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. P.3063–3074.
Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A., Stenflo L., Shukla P.K. Modification of the magnetospheric plasma due to ponderomotive forces // Astrophys. Space Sci. 1993. V. 200. P.91–96.
Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A. Nonlinear problems of physics of the geomagnetic pulsations // Space Sci. Rev. 1994. V. 65. P.5–57.
Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A., Feygin F.Z., Kurchashov Yu.P., McKenzie J.F., Shukla P.K., Stenflo L., Potapov A.S. Ponderomotive wave forces in longitudinal MHD waveguides // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. P.7997–8002.
Kozyra J.U., Cravens T.E., Nagy A.F., Fonthim E.G. Effects of energetic heavy ions on electromagnetic ion cyclotron wave generation in plasmapause region // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P.2217–2233.
Lemaire J. Plasma distribution models in a rotating magnetic dipole and refilling of plasmaspheric flux tubes // Phys. Fluids B. 1989. V. 1. P.1519–1525.
Mauk B.N., McIlwain C.E., McPherron R.L. Helium cyclotron resonance within the. Earth's magnetosphere // Geophys. Res. Lett. 1981. V. 8. P.103–106.
Nekrasov A.K., Feygin F.Z. Ponderomotive action of ULF pulsations in the magnetospheric plasma // Phys. Scr. 2005. V. 71. P.310–313.
Nekrasov A.K., Feygin F.Z. Nonlinear plasma density modification by the ponderomotive force of ULF pulsations at the dayside magnetosphere // Astrophys. Space Sci. 2012. V. 341. P.225–230.
Nekrasov A.K., Feygin F.Z. Ponderomotive modification of multicomponent magnetospheric plasma due to electromagnetic ion cyclotron waves // Astrophys. Space Sci. 2013. V. 346. P.203–212.
Persoon A.M., Gurnett D.A., Santolik O., Kurth W.S., Faden J.B., Groene J.B., Lewis G.R., Coates A.J., Wilson R.J., Tokar R.L., Wahlund J.-E., Moncuquet M. A diffusive equilibrium model for the plasma density in Saturn’s magnetosphere// J. Geophys. Res. 2009. V. 114. A04211, doi:10.1029/2008JA013912.
Pokhotelov O.A., Feygin F.Z., Stenflo L., Shukla P.K. Density profile modifications by electromagnetic ion-cyclotron wave pressures near the dayside magnetospheric boundary // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. P.10.827–10.833.
Witt E.F., Hudson M.K., Li X., Roth I., Temerin M. Ponderomotive effects on distribution of O+ ions in the auroral zone // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. P.12151–12162.
Young D.T., Perraut S., Roux A., Villedary C., Gendrin R., Korth A., Kremser G., Jones D. Wave-particle interactions near WHe+ observed on GEOS 1 and 2. 1. Propagation of ion cyclotron waves in He+-rich plasma // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. P.6755–6772.
Сведения об авторах
НЕКРАСОВ Анатолий Константинович – доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва,
Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: (499)-254-88-05. Е-mail: anekrasov@ifz.ru
ФЕЙГИН Феликс Зеликович – доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123995, ГСП-5, Москва, Д-242, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: (499)-254-88-05. Е-mail: feygin@ifz.ru