|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Равновесные токовые конфигурации в бесстолкновительной плазме: формирование, структура и эволюцияНИР
- Руководитель НИР: Малова Х.В.
- Участники НИР: Артемьев А.В., Васько И.Ю., Домрин В.И., Дунько А.В., Кислов Р.А., Мингалев И.В., Мингалев О.В., Попов В.Ю.
- Подразделение: Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
- Срок исполнения: 1 марта 2014 г. - 31 декабря 2016 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 14-02-01269
- Номер ЦИТИС: 01201457557
- 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:
хвост магнитосферы, структура и эволюция токового слоя, динамика заряженных частиц, ускорение и перенос плазмы, токовый слой
-
Описание:
Процессы глобальных магнитосферных возмущений - суббурь, происходящие на начальной стадии в виде сравнительно медленных изменений магнитного поля, и завершающиеся быстрыми взрывными процессами, являются важнейшими факторами формирования "космической погоды" в околопланетном пространстве. На сегодняшний день не существует достаточно надежной и полной теории, объясняющей физические механизмы подобного метастабильного поведения магнитосфер планет. Предполагается, что в процессе суббуревых возмущений в магнитосфере периодически запасается, а затем высвобождается энергия солнечного ветра. Проведенные экспериментальные исследования указывают, что важным фактором в протекании суббурь является динамика токового слоя (ТС) в хвосте магнитосферы. В частности, большую роль играет возникновение в нем специфической плазменной структуры – тонкого токового слоя (ТТС), толщиной порядка одного или нескольких ионных гирорадиусов, который играет роль резервуара магнитной энергии солнечного ветра и «триггера» суббури. ТТС имеют многомасштабную вложенную структуру. При этом ТТС могут, при некоторых условиях, эволюционировать и переходить из одного квазиравновесного стояния в другое, меняя конфигурацию магнитного поля. Подобные токовые структуры сравнительно часто наблюдаются в бесстолкновительной плазме: на магнитопаузе, в гелиосферном токовом слое, в солнечной короне. Их развитие и эволюционная динамика мало изучены. Основная цель данного проекта состоит в детальных теоретических и экспериментальных исследованиях: 1) процессов формирования ТТС из сравнительно толстых токовых структур; 2) влияния на эти процессы условий в солнечном ветре и магнитосфере; 3) характеристик и тонкой структуры равновесных ТС в бесстолкновительной космической плазме; 4) процессов эволюции собственных мод в ТТС; 4) динамики частиц плазмы, эффектов их ускорения и переноса в ТС.
- Добавил в систему: Малова Хельми Витальевна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Равновесные токовые конфигурации в бесстолкновительной плазме: формирование, структура и эволюция |
| Результаты этапа: В 2014 году исследования проходили по нескольким направлениям, основными из которых являются: а) исследование различных плазменных равновесий с плоской и аксиально-симметричной геометрией, b) изучение процессов эволюции системы, приводящих к образованию токовых равновесий; c) исследование динамики частиц и тонкой структуры токовых слоев. Развитие теоретических моделей и анализ наблюдательных данных – основные методы исследований. Получены следующие результаты: 1) Проведено моделирование процессов эволюции токового слоя в бесстолкновительной плазме хвоста магнитосферы Земли под действием электрического поля конвекции и убывающей во времени поперечной компоненты магнитного поля. Показано, что дрейф частиц к нейтральной плоскости приводит к сжатию слоя и образованию популяции пролетных (спейсеровских) частиц. В результате формируется вложенная в более толстый слой предельно тонкая токовая конфигурация. 2) Исследована самосогласованнная кинетическая модель тонкого токового слоя, в которой учтены как глобальная сдвиговая компонента By, так и локальная, самосогласованная компонента. Показано, что появление локальной сдвиговой компоненты внутри токового слоя может начинаться с малого магнитного возмущения в центральной части токового слоя и формирования малого продольного тока вдоль магнитных силовых линий. Найдены и изучены два основных типа равновесных токовых конфигураций: с симметричной и антисимметричной поперек слоя сдвиговой компонентой. 3) Развита самосогласованная стационарная осесимметричная МГД модель магнитодиска Юпитера, в которой учтено наличие центробежной силы, электрического поля коротации и азимутального магнитного поля. Исследован механизм униполярной генерации и связанная с данным механизмом крупномасштабная система токов. 4) Разработана и исследована в широком диапазоне параметров самосогласованная гибридная модель равновесного тонкого токового слоя в космической плазме. Показано, что токовый слой представляет собой многомасштабную вложенную структуру, в широком диапазоне параметров которой основными носителями тока являются ионы и электроны. При некоторых параметрах в системе наблюдается хаотизация движения ионов, в то время как токовое равновесие полностью поддерживается электронами. 5) В рамках проекта исследована двухмерная структура токовых слоёв в хвосте магнитосферы Юпитера по данным спутниковой миссии Galileo. Собрана статистика из 226 пересечений токовых слоёв, наблюдаемых в центральной области и на утренней стороне магнитосферы. Проведёно детальное сопоставление свойств токовых слоёв в магнитосфере Юпитера и токовых слоёв, исследованных ранее в хвосте земной магнитосферы. 6) Изучены токовые слои, которые формируются на изгибах нейтральной плоскости в условиях повышенного значения поля Bz в земной магнитосйфере. Показано, что ток в них переносится электронной компонентой. Стохастическая динамика ионов в данных токовых слоях приводит к разделению движения электронов и ионов и формированию сильных электростатических полей. 7) По данным спутниковой миссии Cluster исследована кинетическая структура токовых слоёв с сильными параллельными токами. Показано, что даже небольшая популяция электронов может создать очень интенсивные токовые слои. 8) Написан обзор о роли тяжелых ионов в магнитосфере Земли, что необходимо для исследования магнитосферных процессов и плазменных неустойчивостей. Показано, что присутствие тяжелых ионов кислорода O+ влияет на структуру токового слоя, скорость пересоединения и образование неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, а также является важным фактором глобальной магнитосферной динамики. Рассмотрены последние достижения в области наблюдений, на примере миссии Cluster, и в области моделирования циркуляции тяжелых ионов в магнитосфере. | ||
| 2 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Равновесные токовые конфигурации в бесстолкновительной плазме: формирование, структура и эволюция |
| Результаты этапа: | ||
| 3 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Равновесные токовые конфигурации в бесстолкновительной плазме: формирование, структура и эволюция |
| 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".