|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Распределение давления плазмы в магнитосфере Земли и динамика токовых систем во время геомагнитных бурьНИР
- Руководитель НИР: Антонова Е.Е.
- Участники НИР: Знаткова С.С., Овчинников И.Л., Пулинец М.С., Рязанцева М.О.
- Подразделение: Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
- Срок исполнения: 1 января 2012 г. - 31 декабря 2014 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 12-02-00217-а
- Номер ЦИТИС: 01201262459
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Космическая физика
- ПН России: Транспортные и космические системы
- Направление технологического прорыва России: Космические технологии, связанные с телекоммуникациями
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.27.45 Космическая плазма
-
Ключевые слова:
спутниковые данные, геомагнитные бури, давление плазмы в магнитосфере, нелинейное моделирование, магнитосферные токовые системы
-
Описание:
Целями работ по проекту в 2013 г., связанными с основной задачей проекта являлись: получение усредненных распределений давления горячей магнитосферной плазмы вблизи экваториальной плоскости при разных значениях динамического давления солнечного ветра, ориентации межпланетного магнитного поля и геомагнитной активности; определение плотности поперечных токов в магнитосфере в условиях магнитостатического равновесия; определение вклада магнитостатически равновесных токов в Dst вариацию во время магнитных бурь; определение условий баланса давлений на магнитопаузе во время магнитных бурь. В конце 2013 г. ожидалось получение следующих результатов: 1. Расширение с использованием данных, полученных после сентября 2012 г. создаваемой базы данных измерений потоков частиц и магнитного поля в экваториальной плоскости. 2. Определение интервалов значений параметров солнечного ветра, межпланетного магнитного поля и геомагнитной активности, при которых набранная статистика позволяет получить распределение давления вблизи экваториальной плоскости. 3. Исследование зависимости усредненного распределения давления от параметров солнечного ветра и геомагнитной активности и продолжение работ по созданию модели распределения давления на геоцентрических расстояниях до 15Re. 4. Проведение сопоставления результатов измерений магнитного поля и давления плазмы с целью оценки плотности магнитостатически равновесных токов в экваториальной плоскости. 5. Проведение анализа результатов измерений потоков частиц и магнитного поля во время магнитных бурь с целью определения профилей давления при учете наблюдаемой изотропии давления на геоцентрическом расстоянии, превышающем 7Re. 6. Проведение анализа результатов наблюдений при пересечениях магнитопаузы во время магнитных бурь и в магнитоспокойные периоды и определение условий баланса давлений на магнитопаузе для выделенных событий. 7. Проведение работ по нелинейному моделированию искажения магнитного поля фиксированным профилем давления с использованием полученных профилей давления, начало исследования вклада азимутально несимметричных профилей в Dst вариацию.
-
Основные результаты:
Расширена создаваемая база данных потоков частиц и магнитного поля, измеряемых на пяти спутниках международной миссии THEMIS. База содержит результаты наблюдений миссии THEMIS, параметры солнечного ветра и геомагнитной активности за период с апреля 2007 по ноябрь 2013. Проведены анализ и сшивание спектров измеряемых разными приборами спутников. Определены диагональные компоненты тензора полного плазменного давления, включая вклады ионов и электронов. Получены глобальные распределения магнитного поля, поперечной и продольной по отношению к магнитному полю компонент давления и анизотропии давления вблизи экваториальной плоскости на геоцентрических расстояниях до 15Re. Показано, что давление плазмы в магнитоспокойных условиях на геоцентрических расстояниях превышающих 6Re близко к изотропному. Выделено в качестве отдельного магнитосферного плазменного домена окружающее Землю плазменное кольцо. Дневная граница кольца примыкает к магнитопаузе, ночная расположена на геоцентрических расстояниях в 10-12Re. На геоцентрических расстояниях превышающих 10-12Re плазменное кольцо переходит в плазменный слой. Получена глобальная картина распределения плазменного параметра (отношения давления плазмы к давлению магнитного поля) вблизи экваториальной плоскости на рассматриваемых геоцентрических расстояниях. Учтено смещение за счет сжатия геомагнитного поля в дневные часы минимумов магнитного поля от экваториальной плоскости в высокие широты. Оценены значения плазменного параметра в областях минимумов магнитного поля. Показано, что величина плазменного параметра в плазменном кольце в областях минимальных значений магнитного поля сравнима или превышает единицу, что говорит о значительном искажении магнитного поля в области кольца текущими в плазме токами. Определены радиальные градиенты давления в кольце и плотности текущих в плазме магнитостатически равновесных токов вблизи экваториальной плоскости. Получены оценки проинтегрированных вдоль магнитной силовой линии поперечных токов в плазменном кольце с учетом сдвига на высокие широты в дневные часы минимальных значений магнитного поля. Показано, что магнитостатически равновесные токи в кольце могут замыкаться внутри магнитосферы, формируя высокоширотное продолжение кольцевого тока. Ранее ночная часть токов кольца считалась токами плазменного слоя замыкающимися токами магнитопаузы. Проведен анализ возмущений магнитного поля измеряемым профилем давления во время магнитных бурь. Проведено нелинейное (методом последовательных итераций) моделирование возмущения магнитного поля диполя заданным профилем давления. Показано, что кольцевой ток с учетом его высокоширотного продолжения и при учете нелинейного искажения поля диполя текущими в плазме токами вносит доминирующий вклад в формирование Dst вариации во время магнитных бурь. Разработана нелинейная модель, описывающая искажение магнитного поля диполя асимметричным давлением плазмы при заданном профиле давления. В результате проведенного моделирования удалось показать, что искажение поля диполя азимутально асимметричным распределением давления приводит к формированию замкнутых не окружающих Землю контуров минимальных значений магнитного поля на магнитной силовой линии Bmin=const, являющихся локальными ловушками для энергичных частиц. Полученные результаты использованы для объяснения обнаруженных ранее локальных азимутально асимметричных возрастаний энергичных электронов на широтах аврорального овала. Проведен анализ баланса давлений на магнитопаузе во время магнитных бурь с использованием результатов наблюдений миссии Themis. Показано, что во всех проанализированных случаях дисбаланс давлений не превышал 10%.
- Добавил в систему: Антонова Елизавета Евгеньевна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Распределение давления плазмы в магнитосфере Земли и динамика токовых систем во время геомагнитных бурь |
| Результаты этапа: Проект был направлен на решение актуальной проблемы физики магнитосферной плазмы – определение условий поддержания агнитостатического равновесия в магнитосфере Земли и природы магнитных бурь. В ходе реализации проекта было определено распределения давления плазмы на геоцентрических расстояниях менее 15Re при различных параметрах солнечного ветра, межпланетного магнитного поля и геомагнитной активности, создана модель распределения давления плазмы, размещенная на http://stdad.iki.rssi.ru/ pressuremodel/pressure.php. В ходе реализации проекта использованы данные пятиспутниковой международной миссии THEMIS, находящиеся в открытом доступе. Проведен тщательный анализ и стыковка спектров частиц, измеряемых в разных энергетических диапазонах. Работа с данными THEMIS велась в тесном взаимодействии с членами команды миссии. В ходе анализа пересечений магнитопаузы спутниками миссии был проведен анализ соблюдения баланса давлений на магнитопаузе, получены информация о вкладе различных компонент в давление в магнитоспокойное время и во время магнитных бурь. Были получены распределения давления плазмы в магнитослое перед магнитопаузой. В ходе проведенных работ был выделен магнитосферный домен ранее не рассматривавшийся в магнитосферных исследованиях окружающее Землю плазменное кольцо на геоцентрических расстояниях от ~7Re (где Re радиус Земли) до магнитопаузы в дневные часы и до ~1012Re в районе полуночи. Параметры плазмы в кольце близки к параметрам плазменного слоя, а магнитное поле в магнитоспокойных условиях имеет квазидипольную конфигурацию. Ранее ночная часть кольца считалась частью плазменного слоя. Полученные распределения давления и магнитного поля вблизи экваториальной плоскости дало возможность определить плотность магнитостатически равновесных поперечных токов. Вычислены интегральные поперечные токи с использованием модели Цыганенко2001. Данный подход не являлся полностью самосогласованным (не было информации о распределении поля вне экваториальной плоскости), но он позволил показать, что наряду с хорошо известными токовыми системы в магнитосфере существует ранее не учтенная замыкающаяся внутри магнитосферы токовая система, локализованная в окружающем Землю плазменном кольце. Данная система получила название разрезной кольцевой ток (CRC cut ring current). Этот ток фактически является высокоширотным продолжением кольцевого тока. Топология CRC совпадает с топологией обычного кольцевого тока, поддерживаемого направленным к Земле градиентом давления плазмы. В отличии от обычного кольцевого тока токи CRC сосредоточены вблизи экваториальной плоскости только в ночные часы. В дневные часы минимумы магнитного поля за счет сжатия магнитосферы солнечным ветром смещены от экваториальной плоскости в высокие широты и поперечные токи распределены вдоль магнитной силовой линии. определенное по данным спутников DMSP на высоте ~800 км показало, что большая часть аврорального овала проецируется не на плазменный слой как это считалось ранее, а на окружающее Землю плазменное кольцо. При этом получила объяснение кольцевая форма овала полярных сияний и конечная толщина овала в дневные часы. Составной частью проекта являлось решение вопроса о вкладе различных токовых систем в формирование Dst вариации во время магнитных бурь, так как ранее разрабатывались модели, предполагающие существование доминирующего вклада токов хвоста в Dst вариацию при замыкании этих токов токами на магнитопаузе. Основанием для такого рассмотрения в рамках проекта явились результаты по пересмотру конфигурации токов в высокоширотной магнитосфере (введение в рассмотрение высокоширотного продолжения кольцевого тока) и результаты наблюдений аврорального овала во время магнитных бурь, когда овал расширяется, сдвигается на низкие широты и становится почти симметричным. С целью решения проблемы было проведено нелинейное моделирования искажения магнитного поля диполя текущими в плазме токами при заданном распределении давления. Использован метод последовательных итераций. В качестве анализируемых профилей давления рассматривались радиальные профили давления измеренные вблизи экваториальной плоскости. Показано, что с учетом нелинейных эффектов поперечный ток, связанный с азимутально симметричной частью радиального профиля давления вносит доминирующий вклад в азимутально симметричное искажение магнитного поля вблизи Земли, т.е. является основным источником Dst вариации во время магнитных бурь. Данный результат позволяет восстановить подвергшееся критике утверждение о доминирующем вкладе кольцевого тока в создание Dst вариации. Получен ряд результатов по моделированию возмущения магнитного поля диполя азимутально асимметричным распределением давления плазмы. Показано, что в результате искажения магнитного поля азимутально асимметричным распределением давления в условиях магнитостатического равновесия образуются не окружающие Землю области пониженного и повышенного магнитного поля, в которых могут захватываться энергичные частицы (локальные ловушки для энергичных частиц). В целом, полученные в ходе реализации проекта результаты приводят к значительным изменениям сложившихся представлений в области физики магнитосферы. В ходе реализации проекта удалось получить ряд результатов, которые могут быть использованы для решения вопроса о природе мощных потоков релятивистских электронов (электронов – «киллеров») в магнитосфере Земли, что важно для разработки методов предсказаний сбоев в работе космических аппаратов и обеспечения безопасности космических полетов. | ||
| 2 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Распределение давления плазмы в магнитосфере Земли и динамика токовых систем во время геомагнитных бурь |
| Результаты этапа: | ||
| 3 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Распределение давления плазмы в магнитосфере Земли и динамика токовых систем во время геомагнитных бурь |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".