Динамика ионов во фронте магнитозвуковых ударных волн

Динамика ионов во фронте магнитозвуковых ударных волн

Автор: Кичигин Г.Н.

Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika

Статья в выпуске: 4 т.4, 2018 года.

Бесплатный доступ

В работе рассматривается динамика ионов во фронте магнитозвуковых ударных волн (МЗУВ), движущихся под различными углами θ к вектору магнитного поля. Используется модель ударного разрыва ударной волны, в которой учитывается перепад потенциала в рампе. В результате проведенного анализа все ионы, набегающие на фронт косых МЗУВ, условно разделены на следующие категории: 1) пролетные, 2) отраженные, 3) вращающиеся перед рампом, 4) захваченные в рампе. Показано, что как вращающиеся, так и захваченные ионы присутствуют временно во фронте МЗУВ с любыми углами θ. В итоге и те и другие оказываются в строго поперечной МЗУВ пролетными, а в косых МЗУВ - либо пролетными, либо отраженными. Найден критический угол θ*, который в косых МЗУВ разделяет ионы на пролетные и отраженные. Угол θ * зависит как от скорости налетающих на рамп частиц, так и от пространственного размера перепада потенциала в рампе. Cамые важные результаты, полученные при изучении динамики отраженных ионов: 1) установлена физическая причина образования отраженных ионов, имеющих значительную энергию; 2) выявлен механизм их ускорения в рампе. В ионном форшоке околоземной ударной волны именно эти энергичные (от десятков до сотен кэВ) ионы, убегающие от ударного фронта МЗУВ под небольшим углом к плоскости фронта, проявляются в наблюдениях в виде так называемых продольных пучков (field-aligned beam - FAB) и формируют границу ионного форшока.

Еще

Ударные волны, структура фронта магнитозвуковой волны, ускорение частиц

Короткий адрес: https://sciup.org/142220305

IDR: 142220305   |   DOI: 10.12737/szf-44201803

Список литературы Динамика ионов во фронте магнитозвуковых ударных волн

  • Ерохин Н.С., Моисеев С.С., Сагдеев Р.З. Релятивистский серфинг в неоднородной плазме и генерация космических лучей//Письма в Астрон. журн. 1989. Т. 15. С. 3-10.
  • Кичигин Г.Н. Исследование процесса ускорения ионов во фронте магнитозвуковой ударной волны с изомагнитным скачком//ЖЭТФ. 1992. Т. 101. С. 1487-1509.
  • Кичигин Г.Н. Особенности ускорения электронов в серфотроне//ЖЭТФ. 1995. Т. 108. С. 1342-1354.
  • Кичигин Г.Н. Серфотронный механизм ускорения космических лучей в галактической плазме//ЖЭТФ. 2001. Т. 119. С. 1038.
  • Кичигин Г.Н. Серфинг и генерация космических лучей в релятивистских ударных волнах//ЖЭТФ. 2009a. Т. 136. С. 476-482.
  • Кичигин Г.Н. О происхождении энергичных частиц в области форшока околоземной ударной волны//Письма в АЖ. 2009б. Т. 35, № 4. С. 295-303.
  • Сагдеев Р.З. Коллективные процессы и ударные волны в разреженной плазме//Вопросы теории плазмы. 1964. Вып. 4. М: Атомиздат, 1964. С. 20-80.
  • Alekseyev I.I., Kropotkin A.P. Passage of energetic particles through a magnetohydrodynamic discontinuity surface//Geomagnetism and Aeronomy. 1970. V. 10. P. 755.
  • Bale S.D., Mozer F.S. Measurement of large parallel and perpendicular electric fields on electron spatial scales in the terrestrial bow shock//Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98, iss. 20, id. 205001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.98.205001
  • Bale S.D., Balikhin M.A., Horbury T.S., et. al. Quasi-perpendicular shock structure and processes//Space Sci. Rev. 2005. V. 118. P. 161-203
  • DOI: 10.1007/s11214-005-3827-0
  • Balikhin M., Gedalin M., Krasnosselskikh V. The scales in quasiperpendicular shocks//Adv. Space Res. 1995. V. 15. P. 247-260.
  • Balogh A., Treumann R.A. Physics of Collisionless Shocks. New York: Springer Science Business Media, 2013. 512 p
  • DOI: 10.1007/978-1-4614-6099-2
  • Chiueh T. Multiple-encounter shock-drift acceleration in nearly perpendicular shocks//Astrophys. J. Pt. 1. 1988. V. 333. P. 366-385.
  • Dawson J.M., Katsouleas T. Unlimited electron acceleration in laser-driven plasma waves//Phys. Rev. Lett. 1983. V. 51. P. 392-396.
  • Decker R.B. Computer modeling of test particle acceleration at oblique shocks//Space Sci. Rev. 1988. V. 48. P. 195-262.
  • Gosling J.T., Thomsen M.F., Bame S.J., et al. Evidence for specularly reflected ions upstream from the quasi-parallel bow shock//Geophys. Res. Lett. 1982. V. 9. P. 1333-1336
  • DOI: 10.1029/GL009i012p01333
  • Heppner J.P., Maynard N.C., Aggson T.L. Early results from ISEE-1 electric field measurements//Space Sci. Rev. 1978. V. 22. P. 777-789.
  • Lee M.A., Shapiro V.D., Sagdeev R.Z. Pickup ion energization by shock surfing//J. Geophys. Res. 1996. V. 101A. P. 4777-4789.
  • Lever E.L., Quest K.B., Shapiro V.D. Shock surfing vs. shock drift acceleration // Geophys. Res. Lett. 2001. V. 28. P. 1367-1370.
  • Leroy M.M. Structure of perpendicular shocks in collisionless plasma//Phys. Fluids. 1982. V. 26. P. 2742-2753.
  • Leroy M.M., Winske D., Goodrich C.C., et al. The structure of perpendicular bow shocks//J. Geophys. Res. 1983. V. 87. P. 5081-5094.
  • Newbury J.A., Russell C.T., Gedalin M. The ramp widths of high-Mach-number, quasi-perpendicular collisionless shocks//J. Geophys. Res. 1998. V. 103, iss. A12. P. 29581-29594.
  • Ohsawa Y. Conditions for ion reflection in a large amplitude magnetosonic wave//J. Phys. Soc. Japan. 1990. V. 59. P. 2782-2789.
  • Schwartz S., Thomsen M.F., Gosling J.T. Ions upstream of the Earth's bow shock: a theoretical comparison of alternative source populations//J. Geophys. Res. 1983. V. 88, N A3. P. 2039-2047.
  • Sckopke N., Paschmann G., Bame S.J., et al. Evolution of ion distributions across the nearly perpendicular bow shock: specularly and non-specularly reflected ions//J. Geophys. Res. 1983. V. 88. P. 6121-6136
  • DOI: 10.1029/JA088iA08p06121
  • Shapiro V.D., User D. Shock surfing acceleration//Planet. Space Sci. 2003. V. 51. V. 665-680.
  • Sugihara R.S., Takeuchi N., Sakai K., Matsumoto M. de Acceleration of charged particles by an electrostatic wave propagation obliquely to a magnetic field//Phys. Rev. Lett. 1984. V. 52. P. 1500-1503
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.52.1500
  • Toptygin I.N. Acceleration of particles by shocks in a cosmic plasma//Space Sci. Rev. 1980. V. 26. P. 157-213.
  • Webb G.M., Axford W.I., Terasawa T. On the drift mechanism for energetic charged particles at shocks//Astrophys. J. 1983. V. 270. P. 537-553.
  • Wilson III L.B. Low frequency waves at and upstream of collisionless shocks // Low frequency waves in space plasmas. (GMS-216)-AGU-2016. P. 269-292.
  • Woods L.C. On double structured, perpendicular, magneto-plasma shock waves//Plasma Phys. 1971. V. 13. P. 289-302
  • DOI: 10.1088/0032-1028/13/4/302
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp