О баллонной неустойчивости в токовых слоях
Автор: Леонович А.С., Козлов Д.А.
Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika
Статья в выпуске: 2 т.1, 2015 года.
Бесплатный доступ
Решена задача неустойчивости азимутально-мелкомасштабных альфвеновских и медленных магнитозвуковых (ММЗ) волн в аксиально-симметричной модели геомагнитного хвоста с токовым слоем. Найденные решения описывают неустойчивые в присутствии токового слоя колебания и относятся к области вытянутых в хвост замкнутых магнитных силовых линий. Определены спектры собственных частот основных гармоник стоячих азимутально-мелкомасштабных альфвеновских и ММЗ-волн в локальном и ВКБ-приближениях и проведено их сравнение. Показано, что полученные в этих приближениях свойства рассматриваемых колебаний кардинально различаются. В локальном приближении альфвеновские волны оказываются устойчивыми во всем диапазоне рассматриваемых магнитных оболочек. ММЗ-волны на магнитных оболочках, проходящих через токовый слой, переходят в режим апериодической (баллонной) неустойчивости. В ВКБ-приближении как альфве-новские, так и ММЗ-волны на силовых линиях, проходящих через токовый слой, переходят в режим неустойчивости при конечной частоте собственных колебаний. Определена структура азимутально-мелкомасштабных неустойчивых альфвеновских волн поперек магнитных оболочек.
Мгд-волны, баллонная неустойчивость, токовый слой, геомагнитный хвост
Короткий адрес: https://sciup.org/142103561
IDR: 142103561 | DOI: 10.12737/6425
Список литературы О баллонной неустойчивости в токовых слоях
- Birn J. Magnetotail dynamics: Survey of recent progress//The dynamic magnetosphere. Springer Science; Business Media B.V., 2011. P. 49-54 (IAGA Special Sopron Book Ser. V. 3). DOI: DOI: 10.1007/978-94-007-0501-2_4
- Cheng C.Z. Physics of substorm growth phase, onset, and dipolarization//Space Sci. Rev. 2004. V. 113, N 1-2. P. 207-270. DOI: DOI: 10.1023/B:SPAC.0000042943.59976.0e
- Cheng C.Z., Chance M.S. Low-n shear Alfvén spectra in axisymmetric toroidal plasmas//Phys. Fluids. 1986. V. 29, N 11. P. 3695-3701. DOI: DOI: 10.1063/1.865801
- Cheng C.Z., Lui A. T.Y. Kinetic ballooning instability for substorm onset and current disruption observed by AMPTE/CCE//Geophys. Res. Lett. 1998. V. 25. P. 4091-4094. DOI: DOI: 10.1029/1998GL900093
- Cheremnykh O.K. Transversally small-scale perturbations in arbitrary plasma configurations with magnetic surfaces//Plasma Phys. and Controlled Fusion. 2010. V. 52, N 9. 095006. DOI: DOI: 10.1088/0741-3335/52/9/095006
- Coppi B. Topology of ballooning modes//Phys. Rev. Lett. 1977. V. 39, N 16. P. 939-942. DOI: 10.1103/Phys RevLett.39.939.
- Dewar R.L., Glasser A.H. Ballooning mode spectrum in general toroidal systems//Phys. Fluids. 1983. V. 26, N 10. P. 3038-3052. DOI: DOI: 10.1063/1.864028
- Frieman E., Rotenberg M. On hydromagnetic stability of stationary equilibria//Rev. Modern Phys. 1960. V. 32. P. 898-902. DOI: DOI: 10.1103/RevModPhys.32.898
- Glassmeier K.-H., Othmer C., Cramm R., et al. Magnetospheric field line resonances: A comparative planetology approach//Surveys in Geophys. 1999. V. 20. P. 61-109. DOI: DOI: 10.1023/A:1006659717963
- Hameiri E., Laurence P., Mond M. The ballooning instability in space plasmas//J. Geophys. Res. 1991. V. 96. P. 1513-1526. DOI: DOI: 10.1029/90JA02100
- Kamide Y., Maltsev Y. P. 2007 Geomagnetic Storms//Handbook of the Solar-Terrestrial Environment/Ed. Y. Kamide, A C-L Chian. Berlin: Springer. P. 355-374.
- Klimushkin D.Y. The propagation of high-m Alfvén waves in the Earth's magnetosphere and their interaction with high-energy particles//J. Geophys. Res. 2000. V. 105. P. 23303-23310 DOI: 10.1029/1999JA000396
- Klimushkin D.Y. How energetic particles construct and destroy poloidal high-m Alfvén waves in the magnetosphere//Planet. Space Sci. 2007. V. 55. P. 722-730. DOI: 10.1016/j. pss.2005.11.006.
- Leonovich A.S., Kozlov D.A. Alfvénic and magnetosonic resonances in a nonisothermal plasma//Plasma Phys. and Controlled Fusion. 2009b. V. 51, N 8. 085007. DOI: 10.1088/0741-3335/51/8/085007.
- Leonovich A.S., Mazur V.A. Resonance excitation of standing Alfvén waves in an axisymmetric magnetosphere (monochromatic oscillations)//Planet. Space Sci. 1989. V. 37. P. 1095-1116 DOI: 10.1016/0032-0633(89)90081-0
- Leonovich A.S., Mazur V.A. A theory of transverse small-scale standing Alfvén waves in an axially symmetric magnetosphere//Planet. Space Sci. 1993. V. 41. P. 697-717 DOI: 10.1016/0032-0633(93)90055-7
- Leonovich A.S., Mazur V.A. Linear transformation of the standing Alfvén wave in an axisymmetric magnetosphere//Planet. Space Sci. 1995. V. 43. P. 885-893 DOI: 10.1016/0032-0633(94)00207-8
- Leonovich A.S., Mazur V.A. Penetration to the Earth’s surface of standing Alfvén waves excited by external currents in the ionosphere//Ann. Geophys. 1996. V. 14. P. 545-556 DOI: 10.1007/s00585-996-0545-1
- Leonovich A.S., Mazur V.A. A model equation for monochromatic standing Alfvén waves in the axially-symmetric magnetosphere//J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 11443-11456 DOI: 10.1029/96JA02523
- Leonovich A.S., Kozlov D.A., Pilipenko V.A. Magnetosonic resonance in a dipole-like magnetosphere//Ann. Geophys. 2006. V. 24. P. 2277-2289. DOI: 10.5194/angeo-24-2277-2006.
- Liu W.W. Physics of the explosive growth phase: Ballooning instability revisited//J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 4927-4931 DOI: 10.1029/96JA03561
- Mager P.N., Klimushkin D.Y., Pilipenko V.A., et al. Field-aligned structure of poloidal Alfvén waves in a finite pressure plasma//Annales Geophysicae. 2009. V. 27. P. 3875-3882 DOI: 10.5194/angeo-27-3875-2009
- Mazur N.G., Fedorov E.N., Pilipenko V.A. Dispersion relation for ballooning modes and condition of their stability in the near Earth plasma//Geomagnetism and Aeronomy. 2012. V. 52. P. 603-612 DOI: 10.1134/S0016793212050118
- Miura A. Ballooning instability as a mechanism of the near-Earth onset of substorms//Space Sсi. Rev. 2001. V. 95, N 1-2. P. 387-398 DOI: 10.1023/A:1005249915285
- Miura A. A magnetospheric energy principle for hyd-romagnetic stability problems//J. Geophys. Res. 2007. V. 112. A06234 DOI: 10.1029/2006JA011992
- Miura A., Ohtani S., Tamao T. Ballooning instability and structure of diamagnetic hydromagnetic waves in a model magnetosphere//J. Geophys. Res. 1989. V. 94. P. 15231-15242 DOI: 10.1029/JA094iA11p15231
- Ohtani S., Miura A., Tamao T. Coupling between Alfvén and slow magnetosonic waves in an inhomogeneous finite-beta plasma. I. Coupled equations and physical mechanism//Planet. Space Sci. 1989. V. 37. P. 567-577. DOI: 10.1016/0032-0633(89)90097-4.
- Parnowski A.S. Eigenmode analysis of ballooning perturbations in the inner magnetosphere of the Earth//Ann. Geophys. 2007. V. 25. P. 1391-1403 DOI: 10.5194/angeo-25-1391-2007
- Rankin R., Kabin K., Lu J. Y., et al. Magnetospheric field-line resonances: Ground-based observations and modeling//J. Geophys. Res. 2005. V. 110. A10S09. DOI: 10.1029/2004JA010919.
- Takahashi K., Zanetti L.J., McEntire R.W., et al. Disruption of the magnetotail current sheet observed by AMPTE/CCE//Geophys. Res. Lett. 1987. V. 14. P. 1019-1022 DOI: 10.1029/GL014i010p01019
- Zhu P., Raeder J., Germaschewski K., et al. Initiation of ballooning instability in the near-Earth plasma sheet prior to the 23 March 2007 THEMIS substorm expansion onset//Annales Geophysicae. 2009. V. 27. P. 1129-1138 DOI: 10.5194/angeo-27-1129-2009
Статья научная
