Пространственная структура азимутально-мелкомасштабных МГД-волн в одномерно-неоднородной плазме конечного давления с кривыми силовыми линиями

Пространственная структура азимутально-мелкомасштабных МГД-волн в одномерно-неоднородной плазме конечного давления с кривыми силовыми линиями

Автор: Петращук А.В., Климушкин Д.Ю.

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

Статья в выпуске: 1 т.6, 2020 года.

Бесплатный доступ

Изучено распространение гидромагнитных (МГД) волн в одномерно-неоднородной плазме конечного давления с кривыми силовыми линиями. Магнитные поверхности считаются концентрическими цилиндрами, где радиус цилиндра моделирует радиальную координату в магнитосфере Земли. Предполагается, что волны обладают азимутальной мелкомасштабностью. В данном приближении имеется только две МГД-моды: альфвеновская и медленный магнитный звук (ММЗ). Получено обыкновенное дифференциальное уравнение, описывающее пространственную структуру волнового поля в данной модели. Изучен характер особенностей на поверхностях альфвеновского и ММЗ-резонансов, влияние на него кривизны силовых линий. Определены области прозрачности волн. Установлено существенное расширение области прозрачности ММЗ по сравнению со случаем прямых силовых линий, а само существование альфвеновской области прозрачности обусловлено наличием кривизны силовых линий и конечного давления плазмы: в противном случае пространственная структура представляет локализованный резонанс.

Еще

Мгд-волны, цилиндрическая модель магнитосферы, мгд-резонансы

Короткий адрес: https://sciup.org/142224290

IDR: 142224290   |   DOI: 10.12737/szf-61202006

Список литературы Пространственная структура азимутально-мелкомасштабных МГД-волн в одномерно-неоднородной плазме конечного давления с кривыми силовыми линиями

  • Агапитов А.В., Черемных О.К. Поляризация резонансных УНЧ-возмущений в магнитосфере Земли // Кинематика и физика небесных тел. 2011. Т. 27. С. 17-27.
  • Агапитов А.В., Парновский А.С., Черемных О.К. Спектр поперечно-мелкомасштабных возмущений во внутренней магнитосфере Земли // Кинематика и физика небесных тел. 2006. Т. 22, № 6. С. 387-401.
  • Бернгардт О.И. Влияние факторов космической погоды на работу радиосредств // Солнечно-земная физика. 2017. Т. 3, № 3. С. 40-60. DOI: 10.12737/szf-33201705
  • Бурдо О.С., Черемных О.К., Верхоглядова О.П. Изучение баллонных мод во внутренней магнитосфере Земли // Изв. АН. Сер. физ. 2000. Т. 64, № 9. С. 1896-1900.
  • ГульельмиА.В., Золотухина Н.А. Возбуждение альвеновских колебаний магнитосферы асимметричным кольцевым током // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1980. Вып. 50. С. 129-138.
  • Гульельми А.В., Потапов А.С. Об особенности поля MГД-волны в неоднородной плазме // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1984. Вып. 70. С. 149-157.
  • Золотухина Н.А. О возбуждении альвеновских волн в магнитосфере движущимся источником // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1974. Вып. 34. С. 20-23.
  • Климушкин Д.Ю., Пространственная структура азимутально-мелкомасштабных гидромагнитных волн в аксиально-симметричной магнитосфере с конечным давлением плазмы // Физика плазмы. 1997. Т. 23, № 10. С. 931-944.
  • Костарев Д.В., Магер П.Н. Дрейфово-компрессионные волны, распространяющиеся в направлении дрейфа энергичных электронов в магнитосфере // Солнечно-земная физика. 2017. Т. 3, № 3. С. 20-29.
  • DOI: 10.12737/szf-33201703
  • Магер П.Н., Климушкин Д.Ю. Генерация альфвеновских волн движущейся неоднородностью плазмы в магнитосфере // Физика плазмы. 2007. Т. 33, № 5. С. 435-442.
  • Мазур Н.Г., Федоров Е.Н., Пилипенко В.А. Дисперсионное соотношение для баллонных мод и условие их устойчивости в околоземной плазме // Геомагнетизм и аэрономия. 2012. Т. 52, № 5. С. 639-648.
  • Мазур В.А., Чуйко Д.А. Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца на магнитопаузе, МГД-волновод во внешней магнитосфере и альфвеновский резонанс в глубине магнитосферы // Физика плазмы. 2013. Т.39, № 6. С. 556-571.
  • Михайловский А.Б., Фридман А.М. Дрейфовые волны в плазме конечного давления // Письма в ЖЭТФ 1966. Т. 51. С. 1430.
  • Моисеев А.В., Баишев Д.Г., Муллаяров В.А., и др. Развитие компрессионных длиннопериодных пульсаций на восстановительной фазе магнитной бури 23 мая 2007 г. // Космические исследования. 2016. Т. 54, № 1. С. 34-43.
  • Черемных О.К., Климушкин Д.Ю., Костарев Д.В. О структуре азимутально-мелкомасштабных УНЧ-колебаний горячей космической плазмы в кривом магнитном поле. Моды с непрерывным спектром // Кинематика и физика небесных тел. 2014. Т. 30, № 5. С. 3-21.
  • Черемных О.К., Климушкин Д.Ю., Магер П.Н. О структуре азимутально-мелкомасштабных УНЧ-колебаний горячей космической плазмы в кривом магнитном поле. Моды с дискретным спектром // Кинематика и физика небесных тел. 2016. T. 5, № 3. С. 3-21.
  • Bhattacharjee A., Ma Z.W., Wang X. Dynamics of thin current sheets and their disruption by ballooning instabilities: A mechanism for magnetospheric substorms // Physics of plasmas. 1998. V. 5. P. 2001-2009.
  • DOI: 10.1063/1.872871
  • Chen L., Hasegawa A. A theory of long period magnetic pulsations. 1. Steady state excitation of field line resonance // J. Geophys. Res. 1974. V. 79. P. 1024-1032.
  • DOI: 10.1029/
  • Chen L., Hasegawa A. Kinetic theory of geomagnetic pulsations: 1. Internal excitations by energetic particles // J. Geophys. Res. 1991. V. 96. P. 1503-1512.
  • DOI: 10.1029/90JA02346
  • Chelpanov M.A., Mager O.V., Mager P.N., et al. Properties of frequency distribution of Pc5-range pulsations observed with the Ekaterinburg decameter radar in the nightside ionosphere // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018. V. 167. P. 177-183.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2017.12.002
  • Chelpanov M.A., Mager O.V., Klimushkin D.Yu., et al. Experimental evidence of drift compressional waves in the magnetosphere: An Ekaterinburg coherent decameter radar case study // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2016. V. 121. P. 1315-1326.
  • DOI: 10.1002/2015JA022155
  • Cheremnykh O.K., Kryshtal A.N., Tkachenko A.A. Kink mode m = 1 in magnetic tube with discontinuous magnetic field // Adv. Space Res. 2018. V. 61. P. 603-610.
  • DOI: 10.1016/j.asr.2017.05.026
  • Cheremnykh O.K., Parnowski A.S. The theory of ballooning perturbations in the inner magnetosphere of the Earth // Adv. Space Res. 2004. V. 33. P. 769-773.
  • Golovchanskaya I.V., Kullen A., Maltsev Y.P., et al. Ballooning instability at the plasma sheet-lobe interface and its implications for polar arc formation // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. A11216.
  • DOI: 10.1029/2005JA011092
  • Hasegawa A. Drift mirror instability of the magnetosphere // Physics of Fluids. 1969. V. 12. P. 2642-2650. 10.1063/ 1.1692407.
  • DOI: 10.1063/1.1692407
  • Kaneko T., Goossens M., Soler R., et al. Apparent cross-field superslow propagation of magnetohydrodynamic waves in solar plasmas // The Astrophysical J. 2015. V. 812, N 2. P. 2369-2375.
  • DOI: 10.1088/0004-637X/812/2/121
  • Klimushkin D.Yu. Theory of azimuthally small-scale hydromagnetic waves in the axisymmetric magnetosphere with finite plasma pressure // Ann. Geophys. 1998. V.16. P. 303-321.
  • Klimushkin D.Yu., Mager P.N., Glassmeier K.H. Toroidal and poloidal Alfvén waves with arbitrary azimuthal wave numbers in a finite pressure plasma in the Earth's magnetosphere // Ann. Geophys. 2004. V. 22, iss. 1. P. 267-288.
  • DOI: 10.5194/angeo-22-267-2004
  • Klimushkin D.Yu., Mager P.N., Pilipenko V.A. On the ballooning instability of the coupled Alfvén and drift compressional modes // Earth, Planets and Space. 2012. V. 64. P. 777-781.
  • DOI: 10.5047/eps.2012.04.002
  • Leonovich A.S., Klimushkin D.Yu., Mager P.N. Experimental evidence for the existence of monochromatic transverse small-scale standing Alfvén waves with spatially dependent polarization // J. Geophys. Res. Space Phys. 2015. V. 120. P. 5443-5454.
  • DOI: 10.1002/2015JA021044
  • 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
  • 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., Mikhailova O.S., Mager O.V., et al. Eigenmodes of the Transverse Alfvénic Resonator at the Plasmapause: A Van Allen Probes Case Study // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45. P. 10,796-10,804.
  • DOI: 10.1029/2018GL079596
  • Mager P.N., Klimushkin D.Yu. Non-resonant instability of coupled Alfvén and drift compressional modes in magnetospheric plasma // Plasma Phys. Control. Fusion. 2017. V. 59, N 9. P. 095005.
  • DOI: 10.1088/1361-6587/aa790c
  • McPherron R.L. Magnetic pulsations: Their sources and relation to solar wind and geomagnetic activity // Surveys in Geophysics. 2005. V. 26. P. 545-592.
  • DOI: 10.1007/s10712-005-1758-7
  • Moore T.E., Gallagher D.L. MHD wave breaking in the outer plasmasphere // Geophys. Res. Lett. 1987. V. 14. P. 1007-1010.
  • Pokhotelov O.A., Pilipenko V.A., Amata E. Drift anisotropy instability of a finite-beta magnetospheric plasma // Planet. Space Sci. 1985. V. 33. P. 1229-1241.
  • DOI: 10.1016/0032-0633(85)90001-7
  • Rae I.J., Murphy K.R., Watt C.E.J., et al. Field line resonances as a trigger and a tracer for substorm onset // J. Geophys. Res.: Space Physics. 2014. V. 119. P. 5343-5363.
  • DOI: 10.1002/2013JA018889
  • Rosenbluth M.N. Magnetic trapped-particle modes // Phys. Rev. Lett. 1981. V. 46. P. 1525-1528. 10.1103/ PhysRevLett.46.1525.
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.46.1525
  • Rubtsov A.V., Agapitov O.V., Mager P.N., et al. Drift Resonance of Compressional ULF Waves and Substorm-Injected Protons From Multipoint THEMIS Measurements // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2018a. V. 123. P. 9406-9419.
  • DOI: 10.1029/2018JA025985
  • Rubtsov A.V., Mager P.N., Klimushkin D.Yu. Ballooning instability of azimuthally small scale coupled Alfv'en and slow magnetoacoustic modes in two-dimensionally inhomogeneous magnetospheric plasma // Physics of Plasmas. 2018b. V. 25, N 10. P. 102903.
  • DOI: 10.1063/1.5051474
  • Southwood L. Some features of field line resonances in the magnetosphere // Planet. Space Sci. 1974. V. 22. P. 483-491.
  • DOI: 10.1016/0032-0633(74)90078-6
  • Southwood D.J., Saunders M.A. Curvature coupling of slow and Alfv'en MHD waves in a magnetotail field configuration // Planet. Space Sci. 1985. V. 33. P. 127-134.
  • DOI: 10.1016/0032-0633(85)90149-7
  • Takahashi K., Denton R.E., Motoba T., et al. Impulsively Excited Nightside Ultralow Frequency Waves Simultaneously Observed on and off the Magnetic Equator // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2018. V. 45. P. 7918-7926. 10.1029/ 2018GL078731.
  • DOI: 10.1029/2018GL078731
  • Ukhorskiy A.Y., Sitnov M.I., Takahashi K., et al. Radial transport of radiation belt electrons due to stormtime Pc5 waves // Ann. Geophys. 2009. V. 27. P. 2173-2181.
  • DOI: 10.5194/angeo-27-2173-2009
  • Walker A.D.M. Theory of magnetospheric standing hydromagnetic waves with large azimuthal wave number, 1, Coupled magnetosonic and Alfvén waves // J. Geophys. Res. 1987. V. 101. P. 27133-27148.
  • DOI: 10.1029/96JA02701
  • Woch J., Kremser G., Korth A., et al. Curvature-driven drift mirror instability in the magnetosphere // Planet. Space Sci. 1988. V. 36. P. 383-393.
  • DOI: 10.1016/0032-0633(88)90126-2
  • Yumoto K. Characteristics of localized resonance coupling oscillations of the slow magnetosonic wave in a non-uniform plasma // Planet. Space Sci. 1985. V. 33. P. 1029-1036.
  • DOI: 10.1016/0032-0633(85)90021-2
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp