Влияние сильной турбулентности в магнитослое на формирование низкоширотного пограничного слоя

Низкоширотным пограничным слоем (low-latitude boundary layer, LLBL) называют область , прилегающую к магнитопаузе на низких широтах , в которой перемешивается холодная сравнительно плотная плазма солнечного ветра с горячей магни тосферной плазмой . LLBL образуется в результате проникновения плазмы магнитослоя внутрь магни тосферы . Магнитослой является сильно турбулизо - ванной областью ( см ., например , [1] и ссылки в дан ной работе ), в которой флуктуации магнитного поля и потоков частиц намного превышают флуктуации параметров солнечного ветра . Поэтому большой ин терес представляет сравнение характеристик магнит ного поля и потоков плазмы в LLBL и магнитослое . В настоящей работе обсуждается возможность проник новения плазмы магнитослоя внутрь магнитосферы в результате флуктуаций магнитного поля в нем .

Результаты наблюдений

При исследовании события 2 марта 1996 г. были использованы данные наблюдений ионов с энергиями 0.05–25 кэВ прибором «Коралл» [2], электронов с энергиями 0.01–26 кэВ прибором «Электрон» [3] и магнитного поля прибором «Миф» [4] на спутнике «Интербол»/«Хвостовой Зонд». Гидродинамические параметры плазмы определялись на основе измерений прибором «Коралл». Проводился также анализ данных наблюдений солнечного ветра на спутнике WIND и параметров плазмы и магнитного поля магнитослоя на спутнике «Geotail» . Спутник «Geotail» во время пересечения спутником «Ин-тербол»/«Хвостовой зонд» LLBL находился на том же фланге магнитосферы, что и «Интербол»/«Хвостовой зонд», но ближе к Солнцу в районе магнитослоя.

На рис . 1 представлены результаты наблюдений на спутнике « Интербол »/« Хвостовой зонд » в системе координат GSM. На первой панели ( сверху вниз ) пока заны результаты измерений магнитного поля прибо ром « Миф », на второй – спектрограмма электронов по данным прибора « Электрон ». На третьей панели пока зана спектрограмма ионов по данным прибора « Ко ралл ». Палитра спектрограмм , как показано на шкале справа , составлена в соответствии с логарифмом изме ренной скорости счета . В нижней части рисунка ука заны координаты спутника в системе отсчета GSM.

Спутник « Интербол »/« Хвостовой Зонд » пересе кал магнитослой с 03:30 до 04:07 U Т , плазменный слой – с 04:07 до 04:33 UT. При первом пересечении границы магнитосферы ( Z ≈ 4.5 R E ) LLBL не наблю дался либо был очень тонким . Начиная с 04:33 до 05:08 UT при Z ≈ 3 R E , наблюдались функции рас пределения , соответствующие перемешиванию плазмы магнитослоя и плазменного слоя , что гово рит о пересечении LLBL. Области , в которых одно временно существовала плазма магнитослоя и плаз менного слоя , наблюдались в 04:33–04:43 и 04:55– 05:01 UT.

При анализе пересечения LLBL можно выделить струи , формирующие слой .

С . С . Россоленко , Е . Е . Антонова , Ю . И . Ермолаев и др .

Рис . 1. Результаты измерений 2 марта 1996 г . на спут нике « Интербол »/« Хвостовой зонд ».

На рис . 2 представлены параметры межпланет ного магнитного поля в GSE, измеренные на спут нике WIND с учетом временной задержки распро странения солнечного ветра от спутника WIND до спутника « Интербол »/« Хвостовой зонд ». На первой панели представлена скорость солнечного ветра , на второй – концентрация солнечного ветра , на нижней панели – магнитное поле солнечного ветра . Во вре мя анализируемого события параметры солнечного ветра были относительно стабильными . Скорость солнечного ветра практически не менялась в течение рассматриваемого интервала времени и составляла ~335 км / с . Межпланетное магнитное поле было спо койным , амплитуда поля изменялась от 2.4 до 4.2 н T л . Концентрация солнечного ветра изменялась на ~1 см ^–3.

На рис . 3 представлены три панели , изображаю щие скорость , концентрацию плазмы и магнитное поле в системе отсчета GSE, измеренные на спутни ке «Geotail». В интервалы времени 03:50–04:23, 04:34–04:45 и 04:57–05:14 UT наблюдался турбу лентный магнитослой . Флуктуации скорости плазмы составляли ~50–70 км / с , плотности ~20 см ^–3, маг нитного поля ~30 нТл при достаточно стабильных параметрах солнечного ветра .

Обсуждение и выводы

Магнитопауза формируется в результате баланса давления плазмы и магнитного поля магнитослоя и давления магнитного поля и плазмы внутри магнито сферы . Расчет конфигурации магнитного поля в дневной части магнитосферы для рассматриваемого события с использованием различных версий моде лей Цыганенко показывает , что минимальные значе ния магнитного поля на дневных магнитных силовых линиях ( ≤ 20 нТл ) меньше величины флуктуаций маг нитного поля в магнитослое . Поэтому давление маг нитного поля и его флуктуации должны оказывать существенное влияние на баланс давлений на магни топаузе в высоких широтах . В условиях больших флуктуаций магнитного поля в магнитослое с ампли тудами , сравнимыми с магнитным полем под магни топаузой , должен возникать локальный дисбаланс давлений , в результате которого плазма магнитослоя может спорадически в разных местах магнитопаузы проникать внутрь магнитосферы к экватору от каспа ,

Рис . 2. Параметры солнечного ветра для события 2

марта 1996 г .

Рис . 3. Параметры плазмы магнитослоя по данным спутника «Geotail».

формируя LLBL, и к полюсу от каспа , формируя плаз менную мантию . Таким образом , анализ результатов наблюдений параметров плазмы и магнитного поля 2 марта 1996 г . показывает , что существование флуктуа ций магнитного поля в магнитослое необходимо учи тывать при рассмотрении процессов формирования LLBL и плазменной мантии .

Работа поддержана грантами РФФИ 07-02-00042, 08-05-00486- а и частично программами П -16 и ОФН -16 РАН .