НЕЛИНЕЙНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОНОВ ЛАНДАУ РЕЗОНАНСА С ЭМИЦ-ВОЛНОЙ В МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ПЛАЗМЕ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследуется нелинейное резонансное взаимодействие между электромагнитной ионно-циклотронной (ЭМИЦ) волной и магнитосферными электронами на черенковском резонансе, также называемом резонансом Ландау или нулевым циклотронным резонансом. На основе данных, зарегистрированных 10 сентября 2017 г., одним из космических аппаратов Van Allen Probes (RBSP), получена траектория монохроматического волнового пакета в неоднородной многокомпонентной плазме. Произведено вычисление амплитуды волны вдоль траектории распространения, в котором учитывается не только линейное резонансное взаимодействие с протонами и электронами, но также изменение геометрических факторов, таких как групповая скорость и поперечное сечение лучевой трубки. Численное интегрирование нелинейной системы уравнений движения электронов в поле смоделированного пакета ЭМИЦ-волн показало важную роль нелинейных эффектов в динамике резонансных частиц.

Об авторах

А. А. Лужковский

Институт космических исследований РАН

Email: luzartyom@yandex.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Loto’aniu T.M., Fraser B.J., Waters C.L. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2005. V. 110. P. A07214. doi: 10.1029/2004JA010816.
  2. Min K., Lee J., Keika K., Li W. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2012. V. 117. P. A05219. doi: 10.1029/2012JA017515.
  3. Sakaguchi K., Kasahara Y., Shoji M., Omura Y., Miyoshi Y., Nagatsuma T., Kumamoto A., Matsuoka A. // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. P. 5587. doi: 10.1002/2013GL058258.
  4. Meredith N.P., Horne R.B., Kersten T., Fraser B.J., Grew R.S. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2014. V. 119. P. 5328. doi: 10.1002/2014JA020064.
  5. Chen H., Gao X., Lu Q., Tsurutani B.T., Wang, S. // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. doi: 10.1029/2020GL090275.
  6. Сагдеев Р.З., Шафранов В.Д. // ЖЭТФ. 1960. Т. 39. C. 181.
  7. Kennel C.F., Petschek H.E. // J. Geophys. Res. 1966. V. 71(1). P. 1. doi: 10.1029/JZ071i001p00001.
  8. Cornwall J.M. // J. Geophys. Res. 1965. V. 70(1). P. 61. doi: 10.1029/JZ070i001p00061.
  9. Young D.T., Perraut S., Roux A., de Villedary C., Gendrin R., Korth A., Kremser G., Jones D. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1981. V. 86. P. 6755. doi: 10.1029/JA086iA08p06755.
  10. Rauch J.L., Roux A. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1982. V. 87. P. 8191. doi: 10.1029/JA087iA10p08191.
  11. Taylor Jr. H.A., Brinton H.C., Smith C.R. // J. Geophys. Res. 1965. V. 70(23). P. 5769. doi: 10.1029/JZ070i023p05769.
  12. Young D.T., Geiss J., Balsiger H., Eberhardt P., Ghielmetti A., Rosenbauer H. // Geophys. Res. Lett. 1977. V. 4. P. 561. doi: 10.1029/GL004i012p00561.
  13. Smith R.L., Brice N. // J. Geophys. Res. 1964. V. 69(23). P. 5029. doi: 10.1029/JZ069i023p05029.
  14. Saikin A.A., Zhang J.-C., Allen R.C., Smith C.W., Kistler L.M., Spence H.E., Torbert R.B., Kletzing C.A., Jordanova V.K. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 7477. doi: 10.1002/2015JA021358.
  15. McCollough J.P., Elkington S.R., Usanova M.E., Mann I.R., Baker D.N., Kale Z.C. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2010. V. 115. P. A10214. doi: 10.1029/2010JA015393.
  16. McCollough J.P., Elkington S.R., Baker D.N. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2012. V. 117. P. A01208. doi: 10.1029/2011JA016948.
  17. Allen R.C., Zhang J.-C., Kistler L.M., Spence H.E., Lin R.-L., Klecker B., Dunlop M.W., Andre M., Jordanova V.K. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 5574. doi: 10.1002/2015JA021333.
  18. Vines S.K., Allen R.C., Anderson B.J., Engebretson M.J., Fuselier S.A., Russell C.T., Strangeway R.J., Ergun R.E., Lindqvist P.A., Torbert R.B., Burch J.L. // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46. P. 5707. doi: 10.1029/2019GL082152.
  19. Суворов Е. В., Трахтенгерц В. Ю. // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27. С. 86.
  20. Horne R.B., Thorne R.M. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1997. V. 102(A6). P. 11457. doi: 10.1029/97JA00749.
  21. Zhang J.-C., Kistler L.M., Mouikis C.G., Dunlop M.W., Klecker B., Sauvaud J.-A. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2010. V. 115. P. A06212. doi: 10.1029/2009JA014784.
  22. Zhang J.-C., Kistler L.M., Mouikis C.G., Klecker B., Sauvaud J.-A., Dunlop M.W. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2011. V. 116. P. A11201. doi: 10.1029/2011JA016690.
  23. Wang Z., Sun K., Zhang Y., Zhai H. // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. P. 022903. doi: 10.1063/1.5075509.
  24. Jordanova V.K., Farrugia C.J., Thorne R.M., Khazanov G.V., Reeves G.D., Thomsen M.F. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2001. V. 106(A1). P. 7. doi: 10.1029/2000JA002008.
  25. Jordanova V.K., Spasojevic M., Thomsen M.F. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2007. V. 112. P. A08209. doi: 10.1029/2006JA012215.
  26. Engebretson M.J., Posch J.L., Wygant J.R., Kletzing C.A., Lessard M.R., Huang C.L., Spence H.E., Smith C.W., Singer H.J., Omura Y., Horne R.B., Reeves G.D., Baker D.N., Gkioulidou M., Oksavik K., Mann I.R., Raita T., Shiokawa K. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 5465. doi: 10.1002/2015JA021227.
  27. Yahnin A.G., Popova T.A., Demekhov A.G., Lubchich A.A., Matsuoka A., Asamura K., Miyoshi Y., Yokota S., Kasahara S., Keika K., Hori T., Tsuchiya F., Kumamoto A., Kasahara Y., Shoji M., Kasaba Y., Nakamura S., Shinohara I., Kim H., Noh S., Raita T. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2021. V. 126. doi: 10.1029/2020JA029091.
  28. Thorne R.M., Kennel C.F. // J. Geophys. Res. 1971. V. 76(19). P. 4446. doi: 10.1029/JA076i019p04446.
  29. Summers D., Thorne R.M. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2003. V. 108. P. 1143. doi: 10.1029/2002JA009489.
  30. Jordanova V.K., Albert J., Miyoshi Y. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2008. V. 113. P. A00A10. doi: 10.1029/2008JA013239.
  31. Zhu H., Chen L., Claudepierre S.G., Zheng L. // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. doi: 10.1029/2019GL085637.
  32. Grach V.S., Artemyev A.V., Demekhov A.G., Zhang X.-J., Bortnik J., Angelopoulos V., Nakamura R., Tsai E., Wilkins C., Roberts O.W. // Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49. doi: 10.1029/2022GL099994.
  33. Angelopoulos V., Zhang X.-J., Artemyev A.V., Mourenas D., Tsai E., Wilkins C., Runov A., Liu J., Turner D.L., Li W., Khurana K., Wirz R.E., Sergeev V.A., Meng X., Wu J., Hartinger M.D., Raita T., Shen Y., An X., Shi X., Bashir M.F., Shen X., Gan L., Qin M., Capannolo L., Ma Q., Russell C.L., Masongsong E.V., Caron R., He I., Iglesias L., Jha S., King J., Kumar S., Le K., Mao J., McDermott A., Nguyen K., Norris A., Palla A., Roosnovo A., Tam J., Xie E., Yap R.C., Ye S., Young C., Adair L.A., Shaffer C., Chung M., Cruce P., Lawson M., Leneman D., Allen M., Anderson M., Arreola-Zamora M., Artinger J., Asher J., Branchevsky D., Cliffe M., Colton K., Costello C., Depe D., Domae B.W., Eldin S., Fitzgibbon L., Flemming A., Frederick D.M., Gilbert A., Hesford B., Krieger R., Lian K., McKinney E., Miller J.P., Pedersen C., Qu Z., Rozario R., Rubly M., Seaton R., Subramanian A., Sundin S.R., Tan A., Thomlinson D., Turner W., Wing G., Wong C., Zarifian A. // Space Sci. Rev. 2023. V. 219. P. 37. doi: 10.1007/s11214-023-00984-w.
  34. Grach V.S., Artemyev A.V., Demekhov A.G., Zhang X.-J., Bortnik J., Angelopoulos V. // Geophys. Res. Lett. 2024. V. 51. doi: 10.1029/2023GL107604.
  35. Thorne R.M., Horne R.B. // Geophys. Res. Lett. 1992. V. 19. P. 417. doi: 10.1029/92GL00089.
  36. Usanova M.E. // Front. Astron. Space Sci. 2021. V. 8. doi: 10.3389/fspas.2021.744344.
  37. Wang B., Li P., Huang J., Zhang B. // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. doi: 10.1063/1.5088374.
  38. Bortnik J., Chen L., Li W., Thorne R.M., Horne R.B. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2011. V. 116. doi: 10.1029/2011JA016499.
  39. Kletzing C.A., Kurth W.S., Acuna M., MacDowall R.J., Torbert R.B., Averkamp T., Bodet D., Bounds S.R., Chutter M., Connerney J., Crawford D., Dolan J.S., Dvorsky R., Hospodarsky G.B., Howard J., Jordanova V., Johnson R.A., Kirchner D.L., Mokrzycki B., Needell G., Odom J., Mark D., Pfaff R., Phillips J.R., Piker C.W., Remington S.L., Rowl D., Santolik O., Schnurr R., Sheppard D., Smith C.W., Thorne R.M., Tyler J. // Space Sci. Rev. 2013. V. 179. P. 127. doi: 10.1007/s11214-013-9993-6.
  40. Kurth W.S., De Pascuale S., Faden J.B., Kletzing C.A., Hospodarsky G.B., Thaller S., Wygant J.R. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 904. doi: 10.1002/2014JA020857.
  41. Ахиезер И.А., Половин Р.В., Ситенко А.Г., Степанов К.Н. Электродинамика плазмы / Ред. Ахиезер А.И. М.: Наука, 1974.
  42. Gamayunov K.V., Min K., Saikin A.A., Rassoul H. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2018. V. 123. P. 8533. doi: 10.1029/2018JA025629.
  43. Gamayunov K.V., Kim H., Shin Y. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2024. V. 129. doi: 10.1029/2023JA032399.
  44. Shklyar D.R., Matsumoto H. // Surv. Geophys. 2009. V. 30(2). P. 55. doi: 10.1007/s10712-009-9061-7.
  45. Шкляр Д.Р. // Плазменная гелиогеофизика / Под ред. Л.М. Зеленого и И.С. Веселовского. М.: Физматлит, 2008. Т. 2. С. 391.
  46. Luzhkovskiy A.A., Shklyar D.R. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2023. V. 128. doi: 10.1029/2023JA031962.
  47. Shklyar D.R., Chum J., Jir˘ı´c˘ek, F. // Ann. Geophys. 2004. V. 22. P. 3589. doi: 10.5194/angeo-22-3589-2004.
  48. Fu S., He F., Gu X., Ni B., Xiang Z., Liu J. // Adv. Space Res. 2018. V. 61. P. 2091. doi: 10.1016/j.asr.2018.01.041.
  49. Yan Y., Yue C., Yin Z.-F., Zhou X.-Z., Zong Q.-G., Li J.-H. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2023. V. 128. doi: 10.1029/2023JA031451.
  50. Nakamura S., Omura Y., Kletzing C., Baker D.N. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2019. V. 124. P. 6701. doi: 10.1029/2019JA026772.
  51. Nunn D. // Planet. Space Sci. 1971. V. 19. P. 1141. doi: 10.1016/0032-0633(71)90110-3.
  52. Su Z., Zhu H., Xiao F., Zheng H., Zhang M., Liu Y. C.-M., Shen C., Wang Y., Wang S. // Phys. Plasmas. 2014. V. 21(5). doi: 10.1063/1.4880036.
  53. Albert J.M. // Phys. Fluids. 1993. V. 5(8). P. 2744. doi: 10.1063/1.860715.
  54. Albert J.M. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2000. V. 105. P. 21191. doi: 10.1029/2000JA000008.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024