Силовой баланс в токовых слоях в бесстолкновительной плазме
Автор: Мингалев О.В., Сецко П.В., Мельник М.Н., Мингалев И.В., Малова Х.В., Мерзлый А.М.
Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika
Статья в выпуске: 2 т.7, 2021 года.
Бесплатный доступ
В работе выводится дивергентная форма уравнения силового баланса для бесстолкновительной плазмы в приближении квазинейтральности, при котором исключены электрическое поле и плотность тока. Для стационарного пространственно одномерного токового слоя с постоянной нормальной компонентой магнитного поля и замагниченными электронами впервые получена форма этого уравнения в виде закона сохранения. Уравнение в такой форме необходимо для правильной постановки граничных условий при моделировании несимметричных токовых слоев, а также для контроля стационарности получаемого в моделях численного решения. Кроме того, рассматривается выполнение этого уравнения для двух типов стационарных конфигураций тонкого токового слоя, которые получены при помощи численной модели. Выведенное уравнение позволяет разрабатывать модели несимметричных токовых слоев, в частности, токовых слоев на флангах магнитопаузы в хвосте магнитосферы.
Бесстолкновительная плазма, уравнение власова, токовый слой, численное моделирование, магнитосфера земли, замагниченные электроны
Короткий адрес: https://sciup.org/142230070
IDR: 142230070 | DOI: 10.12737/szf-72202102
Список литературы Силовой баланс в токовых слоях в бесстолкновительной плазме
- Быков А.А., Зелёный Л.М., Малова Х.В. Тройное рас-щепление тонкого токового слоя: новый тип плазменного равновесия. Физика плазмы. 2008. Т. 34, № 2. С. 148−155.
- Быков А.А., Ермакова К.Е. Самосогласованная модель электронной компоненты тонкого токового слоя в магнито-сфере Земли. Вестник МГУ. 2016. Серия 3. № 1. С. 36−42.
- Волков Т.Ф. Гидродинамическое описание сильно разреженной плазмы. Вопросы теории плазмы. М: Госа-томиздат, 1964. Вып. 4. С. 3–19.
- Григоренко Е.Е., Малова Х.В., Малыхин А.Ю., Зеле-ный Л.М. Возможный механизм усиления и поддержания сдвиговой компоненты магнитного поля в токовом слое хвоста магнитосферы земли. Физика плазмы. 2015. Т. 41, № 1. С. 92–106. DOI: 10.7868/S0367292115010023.
- Зелёный Л.М., Малова Х.В., Артемьев А.В. и др. Тон-кие токовые слои в бесстолкновительной плазме. Физика плазмы. 2011. Т. 37, № 2. С. 137−182.
- Зеленый Л.М., Малова Х.В., Григоренко Е.Е., Попов В.Ю. Тонкие токовые слои: от работ Гинзбурга—Сыроватского до наших дней. Успехи физических наук. 2016. Т. 186. № 11. С. 1153–1188. DOI: 10.3367/UFNr.2016.09.037923.
- Калсруд Р. Основы физики плазмы. М.: Энергоатомиз-дат, 1983. Т. 1. С. 122–152.
- Кочаровский В.В., Кочаровский Вл.В., Мартьянов В.Ю., Тарасов С.В. Аналитическая теория самосогласованных то-ковых структур в бесстолкновительной плазме. Успехи физи-ческих наук. 2016. Т. 186, № 12. С. 1267–1314. DOI: 10.3367/ UFNr.2016.08.037893.
- Мингалев О.В., Мингалев И.В., Мельник М.Н. и др. Кинетические модели токовых слоев с широм магнитного поля. Физика плазмы. 2012. Т. 38, № 4. С. 329–344.
- Мингалев О.В., Малова Х.В., Мингалев И.В. и др. Мо-дель тонкого токового слоя в хвосте магнитосферы Земли с кинетическим описанием замагниченных электронов. Фи-зика плазмы. 2018. Т. 44, № 10. С. 769–790. DOI: 10.1134/ S0367292118100086.
- Мингалев О.В., Мингалев И.В., Малова Х.В. и др. Описание крупномасштабных процессов в околоземной кос-мической плазме. Физика плазмы. 2020. Т. 46, № 4. С. 329–350. DOI: 10.31857/S0367292120030087.
- Морозов А.И., Соловьев Л.С. Вопросы теории плазмы. М.: Госатомиздат, 1963. Вып. 2. С. 177–255.
- Рудаков Л.И. Сагдеев Р.З. Физика плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций. М.: Издательство АН СССР, 1958. Т. 3. 268 c.
- Франк А.Г., Артемьев А.В., Зелёный Л.М. Токовые слои в магнитосфере Земли и в лабораторных экспери-ментах: структура магнитных полей и эффект холла. ЖЭТФ. 2016. Т. 150, вып. 4 (10). C. 807–825. DOI: 10.7868/ S0044451016100163.
- Arons J. A tale of two current sheets. High-energy emis-sion from pulsars and their systems. Part of the Astrophysics and Space Science Proceedings book series (ASSSP). Springer Verlag Berlin Heidelberg. 2011. P. 165.
- Artemyev A.V. A model of one-dimensional current sheet with parallel currents and normal component of magnetic field. Physics of Plasmas. 2011. Vol. 18, 022104. DOI: 10.1063/ 1.3552141.
- Artemyev A.V., Zelenyi L.M. Kinetic Structure of current sheets in the Earth magnetotail. Space Sci. Rev. 2013. Vol. 178, iss. 2-4. P. 419–440. DOI: 10.1007/s11214-012-9954-5.
- Artemyev A.V., Petrukovich A.A., Frank A.G., et al. In-tense current sheets in the magnetotail: Peculiarities of elec-tron physics. J. Geophys. Res. 2013. Vol. 118. P. 2789–2799. DOI: 10.1002/jgra.50297.
- Artemyev A.V., Vasko I.Yu., Kasahara S. Thin cur-rent sheets in the Jovian magnetotail. Planetary Space Sci. 2014. Vol. 96. P. 133–145. DOI: 10.1016/j.pss.2014.03.012.
- Ashour-Abdalla M., Zelenyi L.M., Peroomian V., Richard R.L. Consequences of Magnetotail Ion Dynamics. J. Geophys. Res. 1994. Vol. 99, no. A8. P. 14891–14916. DOI: 10.1029/ 94JA00141.
- Baumjohann W. Roux A., Le Contel O., et al. Dynamics of thin current sheets: Cluster observations. Ann. Geophys. Vol. 25, iss. 6. P. 1365–1389. DOI: 10.5194/angeo-25-1365-2007.
- Harris E.G. On a Plasma sheath separating regions of op-positely directed magnetic fields. Il Nuovo Cimento. 1962. Vol. 23, iss. 1. P. 115–119.
- Ilgisonis V.I. Guiding-center theory for three-dimensional collisionless finite Larmor radius plasmas. Phys. Fluids B.: Plasma Phys. 1993. Vol. 5, iss. 7. P. 2387. DOI: 10.1063/ 1.860722.
- Kocharovsky V.V., Kocharovsky V.V., Martyanov V.Y., Nechaev A.A. An Analytical model for the current structure of the magnetosheath boundary in a collisionless plasma. Astron. Lett. 2019. Vol. 45, iss. 8. P. 551–564. DOI: 10.1134/S1063 773719080048.
- Kropotkin A.P., Lui A.T.Y. Quasi-static evolution of the magnetosphere: The substorm growth phase. J. Geophys. Res. 1995. Vol. 100, iss. A9. P. 17231–17240. DOI: 10.1029/ 95JA00792.
- Malova H.V., Mingalev O.V., Grigorenko E.E., et al. Formation of self-organized shear structures in thin current sheets. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. Vol. 120. P. 4802–4824. DOI: 10.1002/2014JA020974.
- Malova H.V., Popov V.Yu., Grigorenko E.E., et al. Evi-dence for quasi-adiabatic motion of charged particles in strong current sheets in the solar wind. Astrophys. J. 2017. Vol. 834, no. 1. P. 34. DOI: 10.3847/1538-4357/834/1/34.
- McPherron R.L., Nishida A., Russell C.T. Is near-Earth current sheet thinning the cause of auroral substorm onset? Quantitative Modeling of Magnetosphere-Ionosphere Cou-pling Processes. Kyoto Sangyo University: Kyoto, Japan, 1987. P. 252–265.
- Runov A., Sergeev V.A., Nakamura R., et al. Local struc-ture of the magnetotail current sheet: 2001 Cluster observations. Ann. Geophys. Vol. 24, iss. 1. P. 247–262. DOI: 10.5194/angeo-24-247-2006.
- Sergeev V.A., Mitchell D.G., Russell C.T., Williams D.J. Structure of the tail plasma/current sheet at 11RE and its changes in the course of a substorm. J. Geophys. Res. 1993. Vol. 98. P. 17345–17365. DOI: 10.1029/93JA01151.
- Sergeev V.A., Pulkkinen T.I., Pellinen R.J. J. Coupled-mode scenario for the magnetospheric dynamics. Geophys. Res. 1996. Vol. 101, iss. A6. P. 13047–13066. DOI: 10.1029/ 95JA03192.
- Sitnov M.I., Zelenyi L.M., Malova H.V., Sharma A.S. Thin current sheet embedded within a thicker plasma sheet: self-consistent kinetic theory. J. Geophys. Res. 2000. Vol. 105, no. A6. P. 13029–13044. DOI: 10.1029/1999JA000431.
- Somov B.V., Verneta A.I. Tearing instability of reconnect-ing current sheets in space plasmas. Space Sci. Rev. 1993. Vol. 65. P. 253–288. DOI: 10.1007/BF00754510.
- Speiser T.W. Particle trajectories in model current sheets; 1. Analytical solutions. J. Geophys. Res. 1965. Vol. 70. P. 4219–4226.
- Zelenyi L.M., Malova H.V., Popov V.Yu., et al. Nonlinear equilibrium structure of thin currents sheets: influence of elec-tron pressure anisotropy. Nonlinear Processes in Geophysics, European Geosciences Union (EGU), 2004. Vol. 11, no. 5/6. P. 579–587.
- Как цитировать эту статью:
- Мингалев О.В., Сецко П.В., Мельник М.Н., Мингалев И.В., Малова Х.В., Мерзлый А.М. Силовой баланс в токовых слоях в бесстолкновительной плазме. Солнечно-земная физика. 2021. Т. 7, № 2. С. 12–23. DOI: 10.12737/szf-72202102.
Статья научная
