Проблемы теории магнитосферных волн РС1. Обзор

Проблемы теории магнитосферных волн РС1. Обзор

Автор: Гульельми А.В., Потапов А.С.

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

Статья в выпуске: 3 т.5, 2019 года.

Бесплатный доступ

Ультранизкочастотные электромагнитные волны Рс1 (диапазон частот 0.2-5 Гц), известные также как ожерелья жемчужин (pearl necklace), представляют собой уникальное явление в физике околоземного космического пространства. Многие свойства жемчужин остаются загадкой, несмотря на исследования выдающихся космофизиков на протяжении более полувека. В предлагаемом обзоре мы кратко изложим основные положения так называемой стандартной модели, которая широко используется для интерпретации Рс1. Далее мы сосредоточим внимание на критике стандартной модели и выявлении открытых проблем теории Рс1. Общий вывод состоит в том, что необходима разработка новых идей вне рамок стандартной модели для понимания процессов возбуждения и распространения волн Рс1 в магнитосфере Земли.

Еще

Ультранизкочастотные электромагнитные волны, радиационный пояс, ионно-циклотронный резонатор, режим самовозбуждения

Короткий адрес: https://sciup.org/142222476

IDR: 142222476   |   DOI: 10.12737/szf-53201910

Список литературы Проблемы теории магнитосферных волн РС1. Обзор

  • Андронов А.А., Фабрикант А.Л. Затухание Ландау, ветровые волны и свисток // Нелинейные волны. М.: Наука, 1979. С. 68-104.
  • Беспалов П.А., Трахтенгерц В.Ю. Альвеновские мазеры. Горький: ИПФ АН СССР, 1986. 190 с.
  • Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 684 с.
  • Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Физматгиз, 1962. 1100 с.
  • Гульельми А.В. Циклотронная неустойчивость внешнего радиационного пояса Земли в режиме автомодуляции нарастающих волн // Письма в ЖЭТФ. 1971. Т. 13, № 2. С. 85-88.
  • Гульельми А.В. МГД-волны в околоземной плазме. М.: Наука, 1979. 139 с.
  • Гульельми А.В. Ультранизкочастотные электромагнитные волны в коре и магнитосфере Земли // УФН. 2007. Т. 177, № 12. С. 1257-1276.
  • Гульельми А.В. Нелинейность геоэлектромагнитных волн // Геофизические исследования. 2008. Т. 9, № 3. С. 16-24.
  • Гульельми А.В., Потапов А.С. Влияние тяжелых ионов на спектр колебаний магнитосферы // Космические исследования. 2012. Т. 50, № 4. С. 283-291.
  • Гульельми А.В., Троицкая В.А. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. М.: Наука, 1973. 208 с.
  • Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. Изд. 4-е, стереотипное. М.: Наука, 1988. 736 с.
  • Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. М.: Наука, 1979. 528 с.
  • Некрасов А.К., Фейгин Ф.З. Пондеромоторная сила ионно-циклотронных волн в частотном диапазоне Pс1 с магнитозвуковой дисперсией // Физика Земли. 2018. № 5. C. 81-88.
  • Нишида А. Геомагнитный диагноз магнитосферы. М.: Наука, 1980. 299 с.
  • Тагиров В.Р., Трахтенгерц В.Ю., Черноус С.А. О происхождении пульсирующих авроральных пятен // Геомагнетизм и аэрономия. 1986. Т. 26, № 4. С. 600-604.
  • Трахтенгерц В.Ю., Демехов А.Г. Космические циклотронные мазеры // Природа. 2002. № 4. С. 25-31.
  • Трахтенгерц В.Ю., Тагиров В.Р., Черноус С.А. Проточный циклотронный мазер и импульсные ОНЧ-излучения // Геомагнетизм и аэрономия. 1986. Т. 26, № 1. С. 99-106.
  • Троицкая В.А. Классификация быстрых вариаций магнитного поля и земных токов // Геомагнетизм и аэрономия. 1964. Т. 4, № 3. С. 615-616.
  • Фейгин Ф.З., Якименко В.Л. Механизм генерации и развитие «жемчужин» при циклотронной неустойчивости внешней протонной зоны // Геомагнетизм и аэрономия. 1969. Т. 9, № 4. С. 700-705.
  • Фейгин Ф.З., Якименко В.Л. О тонкой структуре микропульсаций типа Рс1 // Геомагнетизм и аэрономия. 1970. Т. 10, № 3. С. 558-560.
  • Cornwall J.M. Cyclotron instabilities and electromagnetic emission in the ultralow frequency and very low frequency ranges // J. Geophys. Res. 1965. V. 70. P. 61-69.
  • Demekhov A.G. Recent progress in understanding Pc1 pearl formation // J. Atmosph. Solar-Terr. Phys. 2007. V. 69. P. 1609-1622.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.01.014
  • Feygin F.Z., Kurchashov Yu.P. A quasilinear dynamics of Pc1 geomagnetic pulsations (Pearls) // J. of Geomagnetism and Geoelectricity. 1975. V. 26. P. 539-548.
  • Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A. Geoelectromagnetic Waves. IOP Publ. Ltd. Bristol and Philadelphia, 1996. 402 p.
  • Guglielmi A., Potapov A., Russell C. The ion cyclotron resonator // JETP Lett. 2000. Т. 72. С. 432-435.
  • Guglielmi A., Kangas J., Potapov A. Quasi-periodic modulation of the Pc1 geomagnetic pulsations: An unsettled problem // J. Geophys. Res. 2001. V. 106, N A11. P. 25847-25856.
  • Kangas J., Guglielmi A., Pokhotelov O. Morphology and physics of short-period magnetic pulsations (A Review) // Space Sci. Rev. 1998. V. 83. P. 435-512.
  • Kangas J., Fraser B., Potapov A. Pc1 pearl waves: Discovery, morphology and physics. Preface // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007. V. 69. P. 1599.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.06.004
  • Klimushkin D.Yu., Mager P.N., Marilovtseva O.S. Parallel structure of Pc1 ULF oscillations in multi-ion magnetospheric plasma at finite ion gyrofrequency // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2010. V. 72. P. 1327-1332.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2010.09.019
  • Kurazhkovskaya N.A., Klain B.I., Dovbnya B.V. Patterns of simultaneous observations of high-latitude magnetic impulses (MIEs) and impulsive bursts in the Pc1-2 band // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007. V. 69. P. 1680-1689.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2006.12.003
  • Mikhailova O.S. The spatial structure of ULF-waves in the equatorial resonator localized at the plasmapause with the admixture of the heavy ions // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2014. V. 108. P. 10-16.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2013.12.007
  • Mursula K. Satellite observations of Pc1 pearl waves: The changing paradigm // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007. V. 69. P. 1623-1634.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.02.013
  • Paulson K.W., Smith C.W., Lessard M.R., Engebretson M.J., Torbert R.B., Kletzing C.A. In situ observations of Pc1 pearl pulsations by the Van Allen Probes // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41. P. 1823-1829.
  • DOI: 10.1002/2013GL059187
  • Paulson K.W., Smith C.W., Lessard M.R., Torbert R.B., Kletzing C.A., J.R. Wygant. In situ statistical observations of Pc1 pearl pulsations and unstructured EMIC waves by the Van Allen Probes // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2017. V. 122. P. 105-119.
  • DOI: 10.1002/2016JA023160
  • Raita T., Kultima J. Discovery of the pearl waves by Eyvind Sucksdorff // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007. V. 69. P. 1600-1603.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.01.013
  • Sucksdorff E. Occurences of rapid micropulsations at Sodankylä during 1932 to 1935 // Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity. 1936. V. 41. P. 337-344.
  • Tepley L. Regular oscillations near 1 c/s observed simultaneously at middle and low latitudes // Radio Sci. 1965. V. 69D. P. 1089-1105.
  • Troitskaya V.A., Guglielmi A.V. Geomagnetic micropulsations and diagnostics of the magnetosphere // Space Sci. Rev. 1967. V. 7, N 5/6. P. 689-769.
  • Yahnin A.G., Yahnina T.A. Energetic proton precipitation related to ion-cyclotron waves // J. Atmosph. Solar-Terr. Phys. 2007. V. 69. P. 1690-1706.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.02.010
  • Yanagihara K. Geomagnetic micropulsations with periods from 0.03 to 10 seconds in auroral zones with special reference to conjugate-point studies // J. Geophys. Res. 1963. V. 68, N 11. P. 3383-3397.
  • Zolotukhina N., Cao J. Transformation of structured Pc1 into IPDP-like emission under enhanced magnetospheric convection: A case study // J. Atmosph. Solar-Terr. Phys. 2007. V. 69. P. 1668-1679.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.01.016
  • Andronov A.A., Fabrikant A.L. Landau damping, wind waves and whistle. Nelinejnye volny [Non-Linear Waves]. Moscow, Nauka Publ., 1979, pp. 68-104. (In Russian).
  • Bespalov P.A., Trakhtengertz V.Yu. Alvenovskiye mazery [Alfven Masers]. Gorky, IPPh AS USSR, 1986, 190 p. (In Russian).
  • Cornwall J.M. Cyclotron instabilities and electromagnetic emission in the ultralow frequency and very low frequency ranges. J. Geophys. Res. 1965, vol. 70, pp. 61-69.
  • Demekhov A.G. Recent progress in understanding Pc1 pearl formation. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007, vol. 69, pp. 1609-1622.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.01.014
  • Feygin F.Z., Kurchashov Yu.P. A quasilinear dynamics of Pc1 geomagnetic pulsations (Pearls). J. of Geomagnetism and Geoelectricity. 1975, vol. 26, pp. 539-548.
  • Feygin F.Z., Yakimenko V.L. The mechanism of generation and development of "pearls" under the cyclotron instability of the outer proton zone. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1969, vol. 9, no. 4, pp. 700-705. (In Russian).
  • Feygin F.Z., Yakimenko V.L. On the fine structure of micropulsations of the Pc1 type. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1970, vol. 10, no. 3, pp. 558-560. (In Russian).
  • Ginzburg V.L. Rasprostranenie elektromagnitnykh voln v plazme [Propagation of electromagnetic waves in plasma]. Moscow, Nauka Publ., 1967, 684 p. (In Russian).
  • Gradshtein I.S., Ryzhik I.M. Table of integrals, series, and products. New York, Academic Press, 1965, 1086 p.
  • Guglielmi A.V. Cyclotron instability of the outer radiation belt of the Earth under conditions of self-modulation of growing waves. JETP Lett. 1971, vol. 13, no. 2, pp. 85-88. (In Russian).
  • Guglielmi A.V. MGD-volny v okolozemnoi plazme [MHD Waves in the Near-Earth Plasma]. Moscow, Nauka Publ., 1979, 139 p. (In Russian).
  • Guglielmi A.V. Ultralow-frequency electromagnetic waves in the Earth's crust and magnetosphere. Physics-Uspekhi. 2007, vol. 50, no. 12, pp. 1197-1216.
  • Guglielmi A.V. Nonlinearity of geoelectromagnetic waves. Geofizicheskie issledovaniya [Geophys. Res.]. 2008, vol. 9, no. 3, pp. 16-24. (In Russian).
  • Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A. Geoelectromagnetic Waves. IOP Publ. Ltd. Bristol and Philadelphia, 1996, 402 p.
  • Guglielmi A.V., Potapov A.S. The effect of heavy ions on the spectrum of oscillations of the magnetosphere. Cosmic Res. 2012, vol. 50, no. 4, pp. 263-271.
  • DOI: 10.1134/S0010952512040016
  • Guglielmi A.V., Troitskaya V.A. Geomagnitnye pulsatsii i diagnostika magnitosfery [Geomagnetic pulsations and diagnostics of the magnetosphere]. Moscow, Nauka Publ., 1973, 208 p. (In Russian).
  • Guglielmi A., Potapov A., Russell C. The ion cyclotron resonator. JETP Lett. 2000, vol. 72, pp. 432-435.
  • Guglielmi A., Kangas J., Potapov A. Quasi-periodic modulation of the Pc1 geomagnetic pulsations: An unsettled problem. J. Geophys. Res. 2001, vol. 106, no. A11, pp. 25847-25856.
  • Kangas J., Guglielmi A., Pokhotelov O. Morphology and physics of short-period magnetic pulsations (A Review). Space Sci. Rev. 1998, vol. 83, pp. 435-512.
  • Kangas J., Fraser B., Potapov A. Pc1 pearl waves: Discovery, morphology and physics. Preface. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007, vol. 69, pp. 1599.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.06.004
  • Klimushkin D.Yu., Mager P.N., Marilovtseva O.S. Parallel structure of Pc1 ULF oscillations in multi-ion magnetospheric plasma at finite ion gyrofrequency. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2010, vol. 72, pp. 1327-1332.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2010.09.019
  • Kurazhkovskaya N.A., Klain B.I., Dovbnya B.V. Patterns of simultaneous observations of high-latitude magnetic impulses (MIEs) and impulsive bursts in the Pc1-2 band. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007, vol. 69, pp. 1680-1689.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2006.12.003
  • Landau L.D., Lifshitz E.M. Gidrodinamika [Hydrodynamics]. Moscow: Nauka Publ., 1988, 733 p. (In Russian).
  • Lifshitz E.M., Pitaevskii L.P. Physical Kinetics. Course of Theoretical Physics, vol. 10 (1 ed.). Oxford: Pergamon, 1981, 453 p.
  • Mikhailova O.S. The spatial structure of ULF-waves in the equatorial resonator localized at the plasmapause with the admixture of the heavy ions. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2014, vol. 108, pp. 10-16.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2013.12.007
  • Mursula K. Satellite observations of Pc1 pearl waves: The changing paradigm. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007, vol. 69, pp. 1623-1634.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.02.013
  • Nekrasov A.K., Feygin F.Z. Ponderomotive force of ion cyclotron waves in the Pc1 frequency range with magnetosonic dispersion. Izvestiya. Physics of the Solid Earth. 2018, vol. 54, no. 5, pp. 741-748.
  • Nishida A. Geomagnetic Diagnosis of the Magnetosphere. New York, Springer-Verlag, 1978, 2013, 256 p.
  • Paulson K.W., Smith C.W., Lessard M.R., Engebretson M.J., Torbert R.B., Kletzing C.A. In situ observations of Pc1 pearl pulsations by the Van Allen Probes. Geophys. Res. Lett. 2014, vol. 41, pp. 1823-1829.
  • DOI: 10.1002/2013GL059187
  • Paulson K.W., Smith C.W., Lessard M.R., Torbert R.B., Kletzing C.A., Wygant J.R. In situ statistical observations of Pc1 pearl pulsations and unstructured EMIC waves by the Van Allen Probes. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2017, vol. 122, pp. 105-119.
  • DOI: 10.1002/2016JA023160
  • Raita T., Kultima J. Discovery of the pearl waves by Eyvind Sucksdorff. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007, vol. 69, pp. 1600-1603.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.01.013
  • Sucksdorff E. Occurences of rapid micropulsations at Sodankylä during 1932 to 1935. Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity. 1936, vol. 41, pp. 337-344.
  • Tagirov V.R., Trakhtengertz V.Yu., Chernous S.A. On the nature of aurora pulsing spots. Geomagnetizm i aeronomiia [Geomagnetism and Aeronomy]. 1986, vol. 26, no. 4, pp. 600-604. (In Russian).
  • Tepley L. Regular oscillations near 1 c/s observed simultaneously at middle and low latitudes. Radio Sci. 1965, vol. 69D, pp. 1089-1105.
  • Trakhtengertz V.Yu., Demekhov A.G. Cosmic cyclotron masers. Priroda [Nature]. 2002, no. 4, pp. 25-31. (In Russian).
  • Trakhtengertz V.Yu., Tagirov V.R., Chernous S.A. A flow- through cyclotron maser and pulsed VLF emission. Geomagnetizm i aeronomiia [Geomagnetism and Aeronomy]. 1986, vol. 26, no. 1, pp. 99-106. (In Russian).
  • Troitskaya V.A. Classification of rapid pulsations of the magnetic field and earth currents. Geomagnetism and Aeronomy. 1964, vol. 4, p. 490-491.
  • Troitskaya V.A., Guglielmi A.V. Geomagnetic micropulsations and diagnostics of the magnetosphere. Space Sci. Rev. 1967, vol. 7, no. 5/6, pp. 689-769.
  • Yahnin A.G., Yahnina T.A. Energetic proton precipitation related to ion-cyclotron waves. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007, vol. 69, pp. 1690-1706.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.02.010
  • Yanagihara K. Geomagnetic micropulsations with periods from 0.03 to 10 seconds in auroral zones with special reference to conjugate-point studies. J. Geophys. Res. 1963, vol. 68, no. 11, pp. 3383-3397.
  • Zolotukhina N., Cao J. Transformation of structured Pc1 into IPDP-like emission under enhanced magnetospheric convection: A case study. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2007, vol. 69, pp. 1668-1679.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2007.01.016
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp