Проявления неустойчивости Кельвина-Гельмгольца в атмосфере солнца, солнечном ветре и магнитосфере земли

Проявления неустойчивости Кельвина-Гельмгольца в атмосфере солнца, солнечном ветре и магнитосфере земли

Автор: Мишин В.В., Томозов В.М.

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

Статья в выпуске: 25, 2014 года.

Бесплатный доступ

Изложены современные представления о природе неустойчивости Кельвина-Гельмгольца (КГ) и ее проявлениях в плазме солнечной короны, межпланетной среды и на границе магнитосферы Земли. Коротко изложены основные результаты теории неустойчивости КГ, полученные в линейном приближении. При анализе данных наблюдений, подтверждающих возникновение неустойчивости КГ в различных магнитных образованиях солнечной корональной плазмы, используются классические результаты, полученные в приближении несжимаемости. То же приближение используется для описания неустойчивости на дневной границе магнитосферы. Особое внимание уделено влиянию сжимаемости при анализе неустойчивости сверхзвуковых сдвиговых течений в солнечном ветре (СВ) и на границе геомагнитного хвоста. Известно, что на сверхзвуковых сдвиговых течениях продольные относительно направления скорости возмущения устойчивы в приближении тангенциального разрыва [Ландау, 1944]. Поэтому в большинстве работ, учитывающих только продольные возмущения, принято считать сверхзвуковые сдвиговые течения устойчивыми. В настоящей работе учтены косые - наклонные относительно вектора скорости - возмущения и показана их определяющая роль в неустойчивости сверхзвуковых сдвиговых течений. Их фазовая скорость существенно меньше скорости течения, а величина инкремента и ширина области частот значительно больше, чем у продольных возмущений. Подчеркнуто, что магнитное поле и неоднородность плотности плазмы, которые уменьшают инкремент неустойчивости дозвуковых сдвиговых течений, в случае сверхзвукового перепада скорости уменьшают стабилизирующее влияние сжимаемости среды и могут значительно усилить неустойчивость. Эффективная раскачка косых возмущений сверхзвуковой неустойчивостью KT объясняет присутствие магнитозвуковых волн и формирование размытых сдвиговых течений в СВ и пограничных слоев дальнего геомагнитного хвоста, а также перенос энергии и импульса из СВ в магнитосферу.

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/142103539

IDR: 142103539

Список литературы Проявления неустойчивости Кельвина-Гельмгольца в атмосфере солнца, солнечном ветре и магнитосфере земли

  • Гульельми А.В., Потапов А.С., Клайн Б.И. Комбинированная неустойчивость Рэлея-Тейлора-Кельвина-Гельмгольца на магнитопаузе//Солнечно-земная физика. 2010. Вып. 15. С. 24-27.
  • Данжи Дж. В. Структура экзосферы и приключения в пространстве скоростей//Геофизика. Околоземное космическое пространство. М.: Мир, 1964. С. 383-429.
  • Коваленко В.А., Коржов Н.П. Полуэмпирическая модель солнечного ветра//Астрон. журн. 1976. Т. 53. С. 148-153.
  • Коржов Н.П., Мишин В.В., Томозов В.М. О вязком взаимодействии потоков солнечного ветра//Там же. 1985. Т. 62. C. 371-376.
  • Ландау Л.Д. Устойчивость тангенциальных разрывов в сжимаемой среде//Доклады АН СССР. 1944. Т. 44. С. 339-342.
  • Матюхин Ю.Г., Мишин В.В. Роль неустойчивости Кельвина-Гельмгольца во взаимодействии солнечного ветра с магнитосферой//Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1985. Вып. 85. С. 136-171.
  • Мишин В.В. О возможных эффектах МГД-неустойчивости границы магнитосферы Земли//Там же. 1980. Вып. 50. С. 150-152.
  • Мишин В.В., Пархомов В.А., Табанаков И.В., Хаяши К. О «включении» желобковой неустойчивости на магнитопаузе во время прохождения межпланетного магнитного облака 10-11 января 1997 г.//Геомагнетизм и аэрономия. 2001. Т. 41, № 2. С. 165-168.
  • Морозов А.Г., Мишин В.В. Влияние структуры магнитосферного пограничного слоя на неустойчивость Кельвина-Гельмгольца//Там же. 1981. Т. 21. С. 1044-1049.
  • Сыроватский С.И. Неустойчивость тангенциальных разрывов в сжимаемой среде//ЖЭТФ. 1954. Т. 27. С. 121-123.
  • Сыроватский С.И. Магнитная гидродинамика//Успехи физ. наук. 1957. Т. LXII, вып. 3. С. 247-303.
  • Axford W.I. Viscous interaction between the solar wind and the Earth’s magnetosphere//Planet. Space Sci. 1964. V. 12. P. 45-51.
  • Bame S.J., Anderson R.C., Asbridge J.R., et al. Plasma regimes in deep geomagnetic tail: ISEE 3//Geophys. Res. Lett. 1983. V. 10. P. 912-915.
  • Bettarini L., Landi S., Rappazzo F.A., et al. Tearing and Kelvin-Helmholtz instabilities in the heliospheric plasma//Astron. and Astrophys. 2006. V. 452. P. 321-330.
  • Blumen W. Shear layer of an inviscid compressible fluid//J. Fluid Mech. 1970. V. 46. P. 763-775.
  • Blumen W., Drazin P.G., Billings D.F. Shear layer instability of an inviscid compressible fluid. Part 2//ibid. 1975. V. 71. P. 305-316.
  • Burlaga L.F. Magnetic field, plasmas, and coronal holes: The inner solar system//Space Sci. Rev. 1979. V. 23. P. 201-216.
  • Chandrasekhar S. Hydrodynamic and hydromagnetic stability. Oxford: Clarendon Press, 1961. 652 p.
  • Chandra K. Hydromagnetic stability of plane heterogeneous shear flow//J. Phys. Soc. Japan. 1973. V. 34. P. 539-546.
  • Chen Y., Song H.Q., Li B., et al. Streamer waves driven by coronal mass ejections//Astrophys. J. 2010. V. 714. P. 644-651.
  • Coleman P.J. Turbulence, viscosity and dissipation in solar-wind plasma//Astrophys. J. 1968. V. 153. P. 371-388.
  • Doschek G.A., McKenzie D.E., Warren H.P. Plasma dynamic above solar flare soft X-ray loop tops//ibid. 2014. V. 788. P. 26-39.
  • Drazin P.G., Davey A. Shear layer instability of an inviscid compressible fluid, Part 3//J. Fluid Mech. 1977. V. 82. Р. 255-260.
  • Einaudi G., Boncinelli P., Dahlburg R.B., et al. Formation of the solar wind in a coronal streamer//J. Geophys. Res. 1999. V. 104. P. 521-534.
  • Feng L., Inhester B., Gan W.Q. Kelvin-Helmholtz instability of a coronal streamer//Astrophys. J. 2013. V. 774. 141. 9 pp.
  • Foullon C., Lavraud B., Luhmann J.G., Farrugia C.J., et al. Plasmoid releases in the heliospheric current sheet and associated coronal hole boundary layer evolution//Astrophys. J. 2011. V. 737, N 1. 16. 16 p.
  • Goldstein M.I., Roberts D.A., Matthaeus W.H. Magneto-hydrodynamic turbulence in the solar wind//Annual Rev. Astron. Astrophys. 1995. V. 33. P. 283-325.
  • Gomez D., DeLuca E.E. Kelvin-Helmholtz instability driven by coronal mass ejections in the turbulent corona//Astrophys. J. 2014. ArXiv:1408.2598v1.
  • Helmholtz H.L.F. On the discontinuous movements of fluids//Monthly Reports of the Royal Prussian Academy of Philosophy in Berlin. 1868. V. 23. P. 215-218.
  • Hundhausen A. Coronal Expansion and Solar Wind. Springer, 1972. 238 p.
  • Karpen J.T., Antiochos S.K., Dahlburg R.B., et al. The Kelvin-Helmholtz instability in photospheric flows//Astrophys. J. 1993. V. 403. P. 769-779.
  • Korzhov N.P., Mishin V.V., Tomozov V.M. On the role of plasma parameters and the Kelvin-Helmholtz instability in a viscous interaction of solar wind streams//Planet. Space Sci. 1984. V. 32, N 9. P. 1169-1178.
  • Leonovich A.S., Mishin V.V. Stability of magnetohydrodynamic shear flows with and without bounding walls//J. Plasma Phys. 2005. V. 71, N 5. P. 645-664.
  • Leonovich A.S. MHD-instability of the magnetotail: Global modes//Planet. Space Sci. 2011. V. 59. P. 402-411.
  • Lee L.C., Olson J.V. Kelvin-Helmholtz instability in the variation of geomagnetic pulsation activity//Geophys. Res. Lett. 1980. V. 7. P. 777-780.
  • Michalke A. On the inviscid instability of the hyperbolic tangent velocity profile//J. Fluid. Mech. 1964. V. 19. P. 543-556.
  • Mishin V.V. On the MHD instability of the Earth’s magnetopause and its geophysical effects//Planet. Space Sci. 1981. V. 29. P. 359-363.
  • Mishin V.V. Accelerated motions of the magnetopause as a trigger of the Kelvin-Helmholtz instability//J. Geophys. Res. 1993. V. 98, N A12. P. 21365-21371.
  • Mishin V.V. On the predominance of oblique disturbances in the supersonic shear layer instability of the geomagnetic tail boundary//Nonlinear Processes in Geophysics. 2003. V. 10, N 4-5. P. 351-361.
  • Проявления неустойчивости Кельвина-Гельмгольца в атмосфере Солнца, солнечном ветре и магнитосфере Земли
  • Mishin V.V. Velocity boundary layers in the distant geotail and the Kelvin-Helmholtz instability//Planet. Space Sci. 2005. V. 53. P. 157-160.
  • Mishin V.V., Morozov A.G. On the effect of oblique disturbances on Kelvin-Helmholtz instability in viscous interaction of solar wind streams//Planet. Space Sci. 1983. V. 31. P. 821-828.
  • Miura A. Simulation of Kelvin-Helmholtz instability at the magnetopause boundary//J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 3195-3206.
  • Miura A. Kelvin-Helmholtz instability at the magnetospheric boundary: Dependence on the magnetosheath sonic Mach number//[bid. 1992. V. 97. P. 10 655-10 675.
  • Möstl U.V., Temmer M., Veronig A.M. The Kelvin-Helmholtz instability at coronal mass ejection boundaries in the solar corona: Observations and 2.5D MHD simulations//Astrophys. J. Lett. 2013. V. 766. P. L12-L18.
  • Ofman L., Thompson B.J. SDO/AIA observation of Kelvin-Helmholtz instability in the solar corona//Astrophys. J. 2011. V. 734. Р. L11-L16.
  • Parker E.N. Dynamical properties of stellar coronae and stellar winds//[bid. 1964. V. 139. P. 690-709.
  • Roberts D.A., Goldstein M.L., Matthaeus W.H. Velocity shear generation of solar wind turbulence//J. Geophys. Res. 1992. V. 97, N All. P. 17115-17130.
  • Ryutova M., Berger T., Frank Z., et al. Observation of plasma instabilities in quiescent prominences//Solar Phys. 2010. V. 267. P. 75-94.
  • Sibeck D.G., Slavin J.A., Smith E.J. ISEE-3 magnetopause crossing: evidence for the Kelvin-Helmholtz instability//Magnetotail Physics/Ed. by A.T.Y. Lui. Baltimore; London: J. Hopkins Univ. Press., 1987. P. 73-76.
  • Thompson W. Hydrokinetic solution and observations//Philosophical Magazine. l87l. V. 42. P. 362-377.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp