Динамика авроральных дуг как отражение процесса магнитного пересоединения в хвосте магнитосферы тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.03 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ

МАГНИТОСФЕРНОЙ СУББУРИ И ХАРАКТЕРИСТИКА АВРОРАЛЬНЫХ ДУГ

1.1 Магнитосферная суббуря. Ионосферные проявления и процессы, происходящие в магнитосфере Земли во время возмущений. Микроструктура суббури. Локализация источника взрывной фазы суббури.

1.2 Модель импульсного пересоединения магнитных силовых линий в хвосте магнитосферы как наиболее вероятный механизм развития суббури.

1.3 Основные характеристики авроральных дуг и их динамика во время суббури.

ГЛАВА 2. ДИНАМИКА АВРОРАЛЬНЫХ ДУГ В МОДЕЛИ МАГНИТНОГО ПЕРЕСОЕДИНЕНИЯ С УЧЕТОМ ГРАДИЕНТА ПЛОТНОСТИ ПЛАЗМЫ В МАГНИТОСФЕРЕ.

2.1 Модель образования авроральных дуг в ионосфере, учитывающая распространенение ударных волн Петчека в неоднородной плазме. Модельная динамика дуг в ионосфере для различных характеристик процесса пересоединения и градиентов плотности плазмы в хвосте магнитосферы.

2.2 Интерпретация наблюдаемых двойных дуг в рамках предложенной модели

ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ В ДИФФУЗИОННОЙ ОБЛАСТИ. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ И ПРОВОДИМОСТЬ ПЛАЗМЫ В ДИФФУЗИОННОЙ ОБЛАСТИ.

3.1 Уравнение для скорости пересоединения, получаемое в рамках модели нестационарного пересоединения Петчека.

3.2 Эффективность различных механизмов преобразования магнитной энергии в тепловую и кинетическую энергию плазмы.

3.3 Определение скорости пересоединения из экспериментальных данных.

3.4 Характеристика процессов в диффузионной области. Определение аномальной проводимости плазмы, приводящей к началу процесса пересоединения.

3.5 Результаты применения предложенного метода определения аномальной проводимости к экспериментальным данным.

Магнитосферная суббуря является одним из самых интересных явлений в магнитосферно-ионосферной физике. Процессы, происходящие в магнитосфере и ионосфере Земли во время суббури, интенсивно исследуются последние пятьдесят лет, выявлены основные закономерности развития магнитосферной суббури. На основании экспериментальных данных в разное время выдвигались разные модели развития взрывной фазы суббури. На сегодняшний момент наиболее распространенной является модель пересоединения магнитных силовых линий в токовом слое хвоста магнитосферы. Ярким проявлением магнитосферной суббури является суббуря в полярных сияниях. В рамках модели импульсного пересоединения предполагается, что каждая дискретная дуга, наблюдаемая на приполюсной границе авроральной выпуклости во время взрывной фазы суббури, вызывается импульсом пересоединения в хвосте магнитосферы. Настоящая работа посвящена исследованию движения дуг полярных сияний во время взрывной фазы суббури, изучается, в какой степени динамика дуг в ионосфере связана с процессом пересоединения и какую информацию можно извлекать о процессах, происходящих в хвосте магнитосферы, по движению дуг полярных сияний.

Актуальность темы диссертации

Динамика дуг в ионосфере во время взрывной фазы суббури связана с импульсным пересоединением магнитных силовых линий в диффузионной области токового слоя в хвосте магнитосферы. Предполагается, что за счет резкого понижения проводимости плазмы в небольшой области токового слоя - в диффузионной области - возникает диссипативное электрическое поле, под действием которого плазма начинает подтекать к диффузионной области; в диффузионной области условие вмороженности нарушается и происходит пересоединение магнитных силовых линий. Со временем в процессе пересоединения принимают участие все более отдаленные от токового слоя силовые линии. Расширяющуюся к полюсу авроральную выпуклость принято отождествлять с ионосферной проекцией Х-линии, расположенной в токовом слое хвоста магнитосферы. В этом случае динамика дуг на приполюсной границе авроральной выпуклости определяется поведением электрического диссипативного поля в диффузионной области. Ранее считалось, что электроны ускоряются до высоких энергий непосредственно в диффузионной области и затем высыпаются вдоль силовых линий в ионосферу, что приводит к образованию дуги. В последнее время появились экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что между началом взрывной фазы суббури в магнитосфере и ионосферной суббурей существует задержка по времени порядка 1-3 минут. В рамках модели, предполагающей ускорение электронов в диффузионной области, подобную задержку объяснить невозможно. Следовательно, встал вопрос, каким образом можно объяснить подобную временную задержку. Мы предположили, что задержка может быть связана с конечным временем распространения альвеновской волны, возникающей при пересоединении магнитных силовых линий, в магнитосфере, и предложили новый механизм образования авроральной дискретной дуги. С другой стороны, в то время как начало взрывной фазы магнитосферной суббури объясняется пересоединением магнитных силовых линий в токовом слое хвоста магнитосферы, до сих пор остается не выясненным, какая плазменная неустойчивость приводит к резкому локальному понижению проводимости плазмы, что инициирует пересоединение. Оставалось неисследованным и поведение проводимости плазмы в диффузионной области. Непосредственно измерить проводимость плазмы в небольшой области токового слоя в магнитосфере фактически невозможно, так как вероятность того, что спутник окажется в нужном месте в нужное время, ничтожно мала. Для исследования проводимости плазмы в диффузионной области нами был разработан метод, в основе которого лежат наблюдения движения дуг полярных сияний на приполюсной границе авроральной выпуклости во время взрывной фазы суббури, по скорости дуги восстанавливается электрическое поле в диффузионной области, а затем и проводимость плазмы. Мы полагаем, что наши исследования помогут в разрешении вопроса о том, какая же плазменная неустойчивость приводит к началу пересоединения магнитных силовых линий в хвосте магнитосферы и, следовательно, к началу взрывной фазы суббури.

Цель настоящей работы

Представленная диссертационная работа состоит из двух частей. Целью первой части работы является построение новой модели образования дискретных дуг, наблюдаемых в ионосфере во время взрывной фазы суббури и расположенных в области расширяющегося к полюсу аврорального выступа. Модель строится на основании последних экспериментальных данных: авроральная дуга вызывается электронами с энергиями 1-10 кэВ, располагается в области вытекающего из ионосферы продольного тока, над дугой на расстояниях (1-2)Яе над ионосферой наблюдается область с продольными электрическими полями, дополнительно ускоряющими электроны. Данные, полученные со спутников, показывают, что существует задержка по времени между началом суббури в магнитосфере и в ионосфере, перед нами стояла задача учесть эту задержку по времени. Целью второй части работы было изучение процессов, происходящих в диффузионной области во время пересоединения, аналитическое исследование поведения скорости пересоединения, оценка режимов пересоединения магнитных силовых линий с точки зрения эффективности преобразования магнитной энергии. Для лучшего понимания процессов, инициирующих пересоединение, был разработан метод исследования поведения проводимости плазмы в диффузионной области по динамике дуг полярных сияний на приполюсной границе авроральной выпуклости во время взрывной фазы суббури.

Научная новизна

1. Предложен новый возможный механизм образования дискретных дуг полярных сияний на приполюсной границе авроральной выпуклости во время взрывной фазы магнитосферной суббури или микросуббури. Предложенный механизм удовлетворяет последним экспериментальным данным и современным представлениям об авроральной дискретной дуге. Механизм разработан в рамках импульсного пересоединения магнитных силовых линий в токовом слое в хвосте магнитосферы, ответственного за взрывную фазу магнитосферной суббури.

2. На основе предложенного механизма образования авроральных дуг проведено аналитическое исследование скорости движения дуги в ионосфере. Показано, что скорость и направление движения дуги зависит от трех параметров: от электрического поля в диффузионной области, от распределения плотности плазмы в области распространения альвеновской волны и от удаленности Х-линии от Земли.

3. Показано, что предложенная модель объясняет различную динамику дуг на приполюсной границе - движение дуг к экватору, которое достаточно часто наблюдается в конце взрывной фазы суббури, возникновение двойных дуг и слияние дуг.

4. В рамках теории нестационарного пересоединения Петчека получено новое выражение для скорости пересоединения, позволяющее по известной проводимости плазмы в диффузионной области рассчитывать скорость пересоединения в этой области. На основе модельного уравнения для скорости пересоединения, учитывающего самосогласованный характер процесса пересоединения, проведено исследование, какой режим пересоединения наиболее выгоден с точки зрения эффективности преобразования энергии. Показано, что наиболее эффективным является режим нестационарного пересоединения Петчека с длительностью импульса порядка нескольких времен диффузии.

5. Предложен новый метод исследования проводимости плазмы в диффузионной области токового слоя по движению дуги к полюсу во время взрывной фазы суббури на приполюсной границе авроральной выпуклости. Результаты исследования показали, что проводимость плазмы в течение всего импульса пересоединения остается аномально низкой.

Практическая ценность

1.При дальнейшем усовершенствовании предложенной модели динамики дуг, при учете трехмерности задачи, и реального поведения магнитного поля Земли, с помощью нашей модели возможно будет исследовать поведение плотности плазмы в магнитосфере Земли по движению дуг полярных сияний в ионосфере.

2. Исследование поведения проводимости плазмы в диффузионной области важно для понимания процессов, происходящих на начальной стадии пересоединения. Мы полагаем, что полученные нами результаты помогут в решении вопроса, какой вид плазменной неустойчивости приводит к резкому локальному уменьшению проводимости плазмы и инициирует пересоединение магнитных силовых линий, что позволит найти решение задачи нестационарного пересоединения Петчека и в диффузионной области.

3. Оценка аномальной проводимости плазмы, приводящей к началу пересоединения магнитных силовых линий, важна для анализа устойчивости конфигураций магнитных полей, используемых в токамаках при проведении управляемых термоядерных реакций.

На защиту выносятся:

1. Новый механизм образования дискретных дуг полярных сияний, наблюдаемых на приполюсной границе авроральной выпуклости во время взрывной фазы суббури или микросуббури. Положение о том, что динамика авроральных дуг в ионосфере зависит от трех параметров - от электрического поля в диффузионной области, от пространственного распределения плотности плазмы в хвосте магнитосферы и от положения X-линии в токовом слое.

2. Решение прямой задачи теории пересоединения в приближении Петчека: восстановление скорости пересоединения по поведению проводимости плазмы в диффузионной области. Исследование эффективности различных режимов преобразования энергии магнитного поля в тепловую и кинетическую энергию плазмы. Положение о том, что наиболее эффективным режимом преобразования энергии является нестационарное пересоединение Петчека с длительностью импульса порядка нескольких диффузионных времен.

3. Решение обратной задачи теории пересоединения: расчет поведения проводимости плазмы в диффузионной области по известной скорости пересоединения. Разработан метод, позволяющий по движению дуг полярных сияний к полюсу во время взрывной фазы суббури на приполюсной границе авроральной выпуклости восстанавливать скорость пересоединения в диффузионной области, а по скорости пересоединения исследовать поведение проводимости плазмы в диффузионной области токового слоя в хвосте магнитосферы. Положение о том, что пересоединение инициируется резким локальным понижением проводимости плазмы до величин порядка 104-107 ед.СГС, что соответствует значениям проводимости плазмы в случае диффузии Бома в сильно турбулентной плазме.

Личный вклад автора

Автор принимал участие в постановке задачи, разработке модели, численном моделировании, отборе экспериментального материала, его обработке, выполнении расчетов и интерпретации результатов. Результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами.

Апробация работы

Результаты исследований, представленных в работе, докладывались на международных конференциях Ist Meetings Workshop "Magnetic Reconnection at the Magnetopause and Aurora Dynamics" (Апатиты, Россия, 6-10 марта 1995), International Workshop on "The Solar Wind-Magnetosphere System 2" (Грац, Австрия, 27-29 сентября 1995), на Третьей Международной конференции по суббурям ICS-3 (Версаль, Франция, 12-17 мая 1996), на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Геофизика-97" (Петродворец, Россия, 3-6 июня 1997), на Всероссийском XXI ежегодном Апатитском семинаре "Физика Авроральных Явлений" (ПГИ, Апатиты, Россия, 24-27 марта 1998), на международной конференции "Oxford Mist" (Оксфорд, Великобритания, 31 марта-2 апреля 1998), на международных конференциях "Problems of Geocosmos" (Санкт-Петербург, Россия, 29 июня-3 июля 1998), International Workshop on "The Solar Wind-Magnetosphere System 3" (Грац, Австрия, 23-25 сентября 1998), на конференции, организованной Nansen International Environmental and Remote Sensing Center (Санкт-Петербург, Россия, 17 октября 1998). Публикации

По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, одного приложения, заключения и списка цитированной литературы. Диссертация содержит 188 страниц машинописного текста, 45 рисунков, 3 таблицы, библиографию из 122 наименования.

Основные результаты, полученные в работе.

1. Предложен новый возможный механизм образования дискретных дуг полярных сияний на приполюсной границе авроральной выпуклости во время взрывной фазы магнитосферной суббури или микросуббури. Согласно предложенному механизму, авроральная дуга есть результат следующих процессов:

1. При пересоединении магнитных силовых линий образуется альвеновская волна, которая распространяется вдоль магниных силовых линий с альвеновской скоростью УА = в/у]/л0р . Электроны испытывают ускорение на фронте альвеновской волны, набирая энергию порядка 100-150 эВ. Добегая до ближнего к Земле края токового слоя, волна далее распространяется вдоль квазидипольных силовых линий в ионосферу, что соответствует ответвлению с края плазменного слоя продольных токов и приводит к формированию биркеландовской токовой петли. Таким образом в вечернем секторе формируется вытекающий продольный ток.

2. Основное ускорение электроны испытывают в области продольного электрического поля на высоте (1-2)КЕ над ионосферой, набирая необходимую энергию для образования дискретной дуги.

Таким образом, формируется дискретная дуга в ночном секторе в области вытекающего продольного тока. Так как альвеновская волна распространяется вдоль магнитных силовых линий с конечной скоростью, возникает задержка по времени между началом процесса пересоединения в хвосте магнитосферы и высыпанием электронов в ионосферу. Альвеновская волна распространяется в магнитосфере через существенно неоднородную плазму, плотность плазмы в плазменном слое на два порядка больше, чем в долях хвоста. Таким образом, более удаленные силовые линии принимают участие в процессе пересоединения позже, но по ним волна распространяется с большей скоростью, чем по более близким к токовому слою силовым линиям, что приводит к видоизменению фронта волны со временем.

2. На основе предложенного механизма образования авроральных дуг проведено аналитическое исследование скорости движения дуги в ионосфере. Показано, что скорость и направление движения дуги зависят от соотношения трех параметров: от электрического поля в диффузионной области, от распределения плотности плазмы в области распространения альвеновской волны и от удаленности Х-линии от Земли. Также показано, что в предельном случае, когда волна распространяется в почти однородной плазме недолгое время, скорость дуги в ионосфере определяется лишь характерным поведением электрического поля в диффузионной области.

3. Для более наглядного представления, как тот или иной параметр влияет на динамику дуг в ионосфере, проведено численное моделирование динамики дуг, результаты представлены в виде кеограмм. Из приведенных кеограмм видно, что двойные дуги - часть дуги дрейфует к экватору, а часть к северу -связаны либо с асимметричным поведением электрического поля в диффузионной области, либо со средним или сильным градиентом плотности плазмы в области распространения волны. Дрейфующие к югу дуги, иногда наблюдаемые в конце взрывной фазы суббури на приполюсной границе авроральной выпуклости, можно в рамках нашей модели связать с долгим временем распространения альвеновской волны в магнитосфере, то есть с удаленным положением Х-линии от Земли.

Приведен ряд примеров нетрадиционной динамики дуг, наблюдаемых во время микросуббурь на приполюсной границе авроральной выпуклости. Показано, каким образом с помощью нашей модели можно объяснить двойные дуги в конкретном случае.

4. Решена прямая задача теории пересоединения в приближении Петчека - по поведению проводимости плазмы в диффузионной области восстанавливается скорость пересоединения. Получено выражение для скорости пересоединения в диффузионной области, учитывающее самосогласованный характер процесса пересоединения. Из полученного выражения получается следующее поведение скорости пересоединения: на временах порядка времени диффузии скорость пересоединения максимальна, затем начинает постепенно спадать, со временем выходя на асимптотику стационарного режима пересоединения.

5. На основе модельного уравнения для скорости пересоединения, проведено исследование, какой механизм преобразования магнитной энергии наиболее эффективен. В диффузионных механизмах преобразования энергии - в модели Свита-Паркера, тиринг-неустойчивости, аннигиляции магнитного поля -скорость процесса зависит степенным образом от магнитного числа Рейнольдса и проводимости плазмы, в то время как в модели пересоединения Петчека скорость пересоединения зависит от проводимости плазмы логарифмически. Следовательно, механизм пересоединения Петчека более выгоден с точки зрения эффективности преобразования магнитной энергии. При сравнении нестационарного и стационарного режимов пересоединения Петчека показано, что наиболее эффективным является режим нестационарного пересоединения с длительностью импульса порядка времен диффузии.

6. Решена обратная задача теории пересоединения - по известной скорости пересоединения восстанавливается проводимость плазмы в диффузионной области. Разработан новый метод, позволяющий по движению дуги к полюсу во время взрывной фазы суббури на приполюсной границе авроральной выпуклости находить скорость пересоединения в диффузионной области, проводимость плазмы, различные характеристики процесса пересоединения.

Суть метода состоит в следующем: по скорости движения дуги к полюсу восстанавливается электрическое поле в диффузионной области или скорость пересоединения. Затем, решая модельное уравнение относительно времени диффузии (в каждый момент времени время диффузии определялось как время, при котором скорость диффузии равна скорости дрейфа), находится время диффузии как функция времени. Далее, с помощью выражения, связывающего время диффузии и проводимость плазмы, находится проводимость плазмы в диффузионной области в каждый момент времени.

7. В работе представлены результаты исследования поведения проводимости плазмы для двух случаев наблюдения дискретных дуг на приполюсной границе авроральной выпуклости во время взрывной фазы суббури. Показано, что проводимость плазмы в течение всего импульса пересоединения остается аномально низкой, достигая значений 104-107 ед.СГС, что примерно соответствует режиму Бомовской диффузии в сильно турбулентной плазме.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная работа связана с изучением процессов, приводящих к образованию дискретных дуг, наблюдаемых во время взрывной фазы суббури на приполюсной границе авроральной выпуклости. Мы работали в рамках модели, предполагающей, что взрывная фаза суббури инициируется процессом пересоединения магнитных силовых линий в токовом слое хвоста магнитосферы. Экспериментальные данные показывают, что суббуря имеет импульсный характер, магнитосферная суббуря состоит из микросуббурь, а микросуббури из элементарных активизаций, за время суббури их количество может достигать 30-50. В ионосфере во время суббури наблюдается расширяющаяся к полюсу и в западном направлении авроральная выпуклость, состоящая из ярких дискретных дуг. Расширение авроральной выпуклости к полюсу происходит как за счет движения самих дуг полярных сияний, так и за счет возникновения новых дуг на более высоких широтах, чем предыдущие. В модели импульсного пересоединения предполагается, что каждая дискретная дуга, наблюдаемая на границе авроральной выпуклости в это время, связана с импульсом пересоединения магнитных силовых линий в хвосте магнитосферы. До последнего времени предполагалось, что подобные дуги связаны с высыпанием в ионосферу электронов, непосредственно ускоренных в диффузионной области токового слоя, где и происходит пересоединение магнитных силовых линий. Однако в последние пять лет появился ряд работ, описывающих экспериментальные данные, фиксирующие задержку по времени между началом магнитосферной суббури в хвосте магнитосферы и ионосферной суббурей. Подобную задержку по времени в рамках модели, связывающей дискретные дуги с высыпанием ускоренных в диффузионной области электронов, объяснить невозможно. Перед нами стояла задача усовершенствовать механизм образования дискретных дуг и учесть задержку по времени между началом процесса пересоединения в хвосте магнитосферы и появлением дуг в ионосфере.

В модели импульсного пересоединения Петчека, в рамках которой мы работаем, основным предположением является предположение, что процесс пересоединения начинается с внезапного локального понижения проводимости плазмы в диффузионной области токового слоя, что приводит к возникновению диссипативного электрического поля в этой области. Поведение диссипативного электрического поля определяет скорость дрейфа плазмы из области втекания к диффузионной области, скорость пересоединения, пересоединившийся магнитный поток, высвободившуюся энергию магнитного поля, которая переходит в кинетическую и тепловую энергию плазмы, таким образом, электрическое поле определяет весь ход процесса пересоединения магнитных силовых линий. Однако само поведение напряженности электрического поля в диффузионной области оставалось неизученным, при решении задачи нестационарного пересоединения в конвективной зоне электрическое поле задавалось в качестве граничного условия. Перед нами стояла задача изучить характер изменения электрического поля и проводимости плазмы в диффузионной области на основании экспериментальных. Во второй части представленной работы получено модельное уравнение для скорости пересоединения (нормированного электрического поля в диффузионной области), позволяющее по известной проводимости плазмы в диффузионной области находить электрическое поле. Кроме того, нами был разработан метод исследования проводимости плазмы в диффузионной области по движению авроральных дуг полярных сияний.

1. Акасофу С.И., С. Чепмен Солнечно-земная физика. М.: Мир, 1975, 465 с.

2. Белякова С.И., Зайцева С.А., Пудовкин М.И. Развитие полярной бури // Геомагнетизм и аэрономия, 1968, т.8, № 4, с.712-718.

3. Богданов С.Ю., B.C. Марков, С.И. Сыроватский, А.Г.Франк, А.З. Ходжаев Эксперименты по изучению динамики магнитного пересоединения в токовом слое // Известия академии наук СССР, физическая серия, 1980, т.44, № 12, с.2469-2479.

4. Богданов С.Ю., Дрейзен Г.В., Комиссарова И.И. и др. Магнитное пересоединение и изменение концентрации плазмы при разрыве токового слоя // Академия наук СССР, Москва, 1984, препринт № 179, с. 1-19.

5. Еркаев Н.В., Семенов B.C., Хейн М.Ф., Нестационарное пересоединение Петчека. Диффузионная область // Геомагнетизм и аэрономия, 1991, т.31, с.240-246.

6. Козелова Т.В., Пудовкин М.И., Корнилова Т.А. Положение и особенности динамики ароральных дуг во время активизаций разной интенсивности // Геомагнетизм и аэрономия, 1991, т.31, № 5, с.786-791.

7. В.И. Козлов, П.Ф. Крымский Физические основания прогноза катастрофических геофизических явлений. Якутск, Якутский научный центр СО РАН, 1993, 162с.

8. Корнилова Т.А. Динамика полярных сияний и электрические поля в магнитосфере // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, 1993, 150с.

9. Корнилова Т.А., И.А. Корнилов, М.И. Пудовкин, К. Кайла, Й. Култима, Ю. Маннинен Распространение сияний к полюсу во время взрывной фазы суббури // Геомагнетизм и аэрономия, 1998, т.38, № 1, с.51-60.

10. Ю.Корнилова Т.А., Пудовкин М.И., Старков Г.В. Тонкая структура сияний вблизи полярной границы авроральной выпуклости в активную фазу брейкапа // Геомагнетизм и аэрономия, 1990, т.ЗО, № 2, с.250-259.

11. П.Корнилова Т.А., Мальков М.В., Пудовкин М.И., Старков Г.В., Распределение вихревых электрических полей в хвосте магнитосферы во время активной фазы суббури // Геомагнетизм и аэрономия, 1995, т.35, с.32-40.

12. Липеровский В.А., Пудовкин М.И., Аномальное сопротивление и двойные слои в магнитосферной плазме. М.: Наука, 1983, 178с.

13. Ляцкий В.Б. Токовые системы магнитосферно-ионосферных возмущений. Л-д: Наука, 1978, 195с.

14. Магнитосферно-ионосферная физика. Под редакцией Мальцева Ю.П., Спб., Наука, 1993, 183с.

15. Пудовкин М.И., Семенов B.C., Теория пересоединения и взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой Земли. М.: Наука, 1985, 123с.

16. Пудовкин М.И., Распопов О.М., Клейменова Н.Г., Возмущения электромагнитного поля Земли. 1, 2 том, Л-д: изд-во Ленинградского Университета, 1975.

17. Пудовкин М.И., Зайцева С.А., Корнилова Т.А., Пеллинен Р.И. Динамика полярных сияний в области экваториальной кромки авроральной зоны // Геомагнетизм и аэрономия, 1995, т.35, с.47-55.

18. Семенов B.C., Еркаев Н.В., Хейн М.Ф., Нестационарное пересоединение Петчека. Конвективная зона // Геомагнетизм и аэрономия, 1991, т.31, с. 233-239.

19. В.С. Семенов, Нестационарное "пересоединение Петчека" (Обзор) // Геомагнетизм и аэрономия, 1996, т. 36, с.1-12.

20. Семенов B.C., Хейн М.Ф., Кубышкин И.В. Пересоединение магнитных силовых линий в нестационарном случае // Астрон. ж., 1983, т. 60, № 6, с.1138-1146.

21. Семенов B.C., Богданова Ю.В., Корнилова Т.А. Оценка проводимости плазмы в диффузионной области токового слоя в хвосте магнитосферы во время магнитосферного брейкапа // Геомагнетизм и аэрономия, 1997, т.37, №6, с.56-63.

22. Сергеев В.А., Яхнин А.Г. Особенности развития авроральной выпуклости во время взрывной фазы суббури и модель магнитосферной суббури // Phys. Solar-terrestris., Postdam, 1978, № 7, р.23-46.

23. Сергеев В.А., Цыганенко Н.А., Магнитосфера Земли. М.: Наука, 1980, 173с.

24. Старков Г.В., Фельдштейн Я.И., Шевнина Н.Ф. Динамика форм полярных сияний при развитии авроральной суббури // в кн.: Морфология и физика полярной ионосферы. Л-д., Наука, 1971, с.53-67.

25. Старков Г.В., Фельдштейн Я.И. Суббуря в полярных сияниях // Геомагнетизм и аэрономия, 1971, т. 11, № 3, с.560-562.

26. Фельдштейн Я.И. Некоторые вопросы морфологии полярных сияний и магнитных возмущений в высоких широтах // Геомагнетизм и аэрономия,1963, т.З, № 2, с. 227-239.

27. Физические основы прогнозирования магнитосферных возмущений. Под редакцией Исаева С.И., Л-д.: Наука, 1977, 309с.

28. Франк А.Г. Формирование, эволюция и взрывное разрушение токовых слоев в плазме // Тр. ФИАН, М.: Наука, 1985, т. 160, с.93-102.

29. Ф.Чен Ф. Введение в физику плазмы. М.: Мир, 1987, 398с.

30. Akasofii S.-I. The development of the auroral substorm // Planet. Space Sci.,1964, v.12, № 3, p.273-282.

31. Akasofu S.-I. Polar and magnetospheric substorms // Dortrecht, Holland, 1968, 328p.

32. Anderson C. and Jamitzky F.A. A numerical investigation of magnetic reconnection// J. Plasma Phys., 1996, 55, p.431-448.

33. Atkinson G., F. Creutzberg, R.L. Gattinger, and J.S. Murphree Interpretation of complicated discrete arc structure and behavior in terms of multiple X lines // J. Geophys. Res., 1989, v.94, № A5, p.5292-5302.

34. Axford W.I. Magnetic field reconnection // in Magnetic Reconnection in Space and Laboratory Plasmas, 1984, AGU, Washington, D.C., v.30, p.25-31.

35. Axford W.I., H.E. Petschek, and G.L. Siscoe Tail of the magnetosphere //J. Geophys. Res., 1965, v.70, p.1231-1236.

36. Baker D.N., T.I. Pulkkinen, V. Angelopoulos, W. Baumjohann, and R.L. McPherron Neutral line model of substorms: Past results and present view // J. Geophys. Res., 1996, v.101, p.12975-13010.

37. Bennett E.L., M. Temerin, and F.S. Mozer The distribution of auroral electrostatic shocks below 8000-km altitude // J. Geophys. Res., 1983, v.88, p.7107-7121.

38. Biernat K.U., Heyn M.F., Semenov V.S. Unsteady Petschek reconnection // J. Geophys. Res., 1987, v.92, № A4, p.3392-3407.

39. Blanchard G.T., L.R. Lyons, O. de la Beaujardiere, R.A. Doe, M. Mendillo Measurements of the magnetotail reconnection rate // J. Geophys .Res., 1996, № A7, p.15265-15276.

40. Bogdanov S.Yu., A.G. Frank, V.S. Markov Electrodynamics forces and plasma conductivity inside the current sheet // General Physics Institute, Academy of Sciencec of the USSR, Moscow, preprint, B-6, p.67-69.

41. Borovsky J.E. Auroral Arc Thicknesses as Predicted by Various Theories // J.Geophys.Res., 1993, vol. 98, № A4, p.6101-6138.

42. Burch J.L. Energetic particles and currents: results from Dynamics Explorer //Rev. Geophys., 1988, v.26, № 2, p.215-228.

43. Buhner J., Zelengi L.M. Deterministic chaos in the dynamics of charge particles near a magnetic field reversal // Phys. Lett. A., 1986, v. 118, p.395-399.

44. Bythrow P.F., and T.A. Potemra Birkeland currents and energetic particles associated with optical auroral signatures of a westward travelling surge // J. Geophys. Res., 1987, v.92, p.8691-8699.

45. Davis L.R., Berg O.E., Meredith L.H. Direct measurements of particle fluxes in and near auroras // Sp. Res. I, North Holland Publ. Co., Amsterdam, 1960, p.721-743.

46. Drake J.F. Reconnection in sheared magnetic fields in space and astrophysics // Unstable Current Systems and Plasma Instabilities in Astrophysics, Washington, 1985, IAU, p.61-81.

47. Eastman T.E., E.W. Hones, S.J. Bame, and J.R. Asbridge The magnetospheric boundary layer: Site of plasma, momentum and energy transfer from the magnetosheath into the magnetosphere // Geophys. Res. Lett., 1976, v.3, p.685.

48. Elphinstone R.D., D. Hearn, J.S. Murphree, and L.L. Cogger Mapping using the Tsyganenko long magnetospheric model and its relationship to Viking auroral images // J. Geophys. Res., 1991, v.96, p. 1467-1479.

49. Erickson G.M. Substorm Theories: Are They Converging? // in Report of the GEM Workshop on the Physics of the Tail and Substorms, Snowmass, Colorado, 1993, p.1-18.

50. Evans D.S. The observations of a near monoenergetic flux of auroral electrons // J. Geophys. Res., 1968, v.73, № 7, p.2315-2323.

51. Fairfield D.H., M.H. Acuna, L.J. Zanetti, and T.A. Poterma The magnetic field of the equatorial magnetotail, AMPTE/CCE observations at R<8,8RE // J. Geophys. Res., 1987, v.92, p.7432-7442.

52. Fairfield D.H. Advances in magnetospheric storm and substorm research: 19891991 // J. Geophys. Res., 1992, v.97, p.10,865-10,874.

53. Feldstein Y.I., and Y.I. Galperin The auroral luminosity structure in the high-latitude upper atmosphere: Its dynamics and relationship to the large-scale structure of the Eatth's magnetosphere // Rev. Geophys., 1985, v.23, p.217-224.

54. Frank A.G., N.P. Kyrie, V.S. Markov, M.M. Savchenko Superthermal plasma fluxes during explosive disruption of a current sheet // General Physics Institute, Academy of Sciencec of the USSR, Moscow, preprint, B-18, p. 102104.

55. Frank L.A., Ackerson K.L. Observations of charged precipitation into the auroral zone // J. Geophys. Res., 1971, v.76, № 16, p.3612-3643.

56. Frey H.U., Haerendel G., Knudsen D., Buchert S. and Bauer O.H. Optical and radar observations of the motion of auroral arcs // J. Atmos. and Terrest. Phys., 1996, v.58, p.57-69.

57. Furth H.P., Killeen J., Rosendluth M.N. Finite-resistivity instabilities of a sheet pinch // Phys. Fluids, 1963, v.6, № 2, p. 459-468.

58. Galeev A.A., Coroniti F.V., Ashour-Abdalla M. Explosive tearing mode reconnection in the magnetotail // Geophys. Res. Let., 1978, № 5, p.707-711.

59. Gazey N.G.J., P.N. Smith, R.P. Rijnbeek, M.J. Buchan, M. Lockwood The Motion of auroral arcs within convective plasma flow // Proceedings of ICS-3, ESA SP-389, 1996, p. 11-16.

60. Haerendel G., Buchert S., La Hoz C., Raaf B. and Rieger E. On The Proper Motion of Auroral Arcs // J. Geophys. Res., 1993, v.98, p.6068-6099.

61. Heyn M.F., Biernat H.K., Rijnbeek R.P., Semenov V.S. The structure of reconnection layers // J. Plasma Phys., 1988, v.40, № 2, p.235-248.

62. Hones E.W. Magnetic reconnection in space and laboratory plasmas // American Geophys. Union, Washington, D. C., 1984, p. 386-398.

63. Hones E.W., Jr., Plasma sheet behavior during substorms // in Magnetic Reconnection in Space and Laboratory Plasmas, 1984, v.30, AGU, Washington, D.C., p.178-185.

64. Hones E.W., Jr., Transient phenomena in the magnetotail and their relation to substorm // Space Sci. Rev., 1979, v.23, p.393-400.

65. Kan J.R., and T. Tamao On the propagation of auroral electron currents by MHD Alfven waves // Planet. Space Sci., 1988, v.36, p.417-429.

66. Kan J.R., A global magnetosphere-ionosphere coupling model of substorms // J. Geophys. Res., 1993, v.98, 17, p.263-276.

67. Kaufmann R.L., D.J. Larson, and C. Lu. Mapping and distortions of auroral structures in the quiet magnetosphere // J. Geophys. Res., 1990, v.95, p.7973.

68. Kelley, M.C., Starr, J.A. and Mozer, F.S. Relationship between magnetospheric electric fields and the motion of auroral arcs // J. Geophys. Res., 1971, v.76, p.5269-5277.

69. Kennel C.F. The Kiruna conjecture: the strong version // in Proceedings of the First International Conference on Substorms ESA SP-335, 1992, p.599-601.

70. Kokubun S., McPherron R.L., Russell C.T. Triggering of substorms by solar wind discontinuities // J. Geophys. Res., 1977, v.82, № 1, p.74-86.

71. Lin C.S., Hoffman R.A. Observations of inverted-V electron precipitations // Space Sci. Rev., 1982, v.33, № 4, p.415-457.

72. Lopez R.E., and A.T.Y.Lui A multi-satellite case study of the expansion of a substorm current wedge in the near-Earth magnetotail // J. Geophys. Res., 1990, v.95, p.8009-8021.

73. Lui A.T.Y., A. Mankofsky, C.L. Chang, K. Papadopoulos, and C.S.Wu A current disruption mechanism in the neutral sheet: a possible trigger for substorm expansions // Geophys. Res. Lett., 1990, v. 17, p.745-749.

74. Lui A.T.Y. Current disruption in the Earth's magnetosphere: Observations and models // J. Geophys. Res., 1996, v.101, p.13067-13088.

75. Lyons L.R. Substorms: Fundemental observational features, distinction from other disturbances, and external triggering // J. Geophys. Res., 1996, v. 101, p.13011-13025.

76. Lyons L.R. Discrete auroras and magnetotail processes // in Auroral Physics, Cambridge University Press, New York, 1991, p. 195-205.

77. Martin R.F. Chaotic particle dynamics near a two dimensional magnetic neutral point with application to the geomagnetic tail // J. Geophys. Res., 1986, v.91, p.1985-1992.

78. Mauk B.H., and C.-I. Meng The aurora and middle magnetospheric processes // in Auroral Physics, Cambridge University Press, New York, 1991, p.223-239.

79. McPherron R.L. Growth phase of magnetospheric substorms // J. Geophys. Res., 1970, № 10, p.5592-5599.

80. Meng C.-I., and R. Lundin Auroral morphology of the midday oval // J. Geophys. Res., 1986, v.91, p.1572-1585.

81. Mitchell D.G., D.J. Williams, C.T. Huang, L.A. Frank, and C.T. Russell Current carriers in the near-Earth cross-tail current sheet during substorm growth phase // Geophys. Res. Lett., 1990, v.17, p.583-587.

82. Mozer F.S. ISEE-1 observations of electrostatic shocks on auroral zone field linesbetween 2.5 and 7 Earth radii // Geophys. Res. Lett., 1981, v.8, p.823-828.

83. Nakamura R., Oguti T., Kokubun S. Equatorward and poleward expansion of the auroras during auroral substorms // J. Geophys. Res., 1993, v.98, p.5743-5759.

84. Parker E.N. The solar-flare phenomenon and the theory of reconnection and annihilation of magnetic fields // Astrophys.J., Suppl. Ser., 1963, v.8,p.177-189.

85. Parks G.K. Physics of space plasmas (an introduction) // Addison-Wesley publishing company, 1991, 346 p.

86. Petrukovich A.A., V.A. Sergeev, L.M. Zelenyi and others Two spacecraft observations of reconnection pulse during an auroral breakup // J. Geophys. Res., 1998, v. 103, № Al, p.47-59.

87. Petschek H.E. Magnetic field annihilation // NASA Symposium on Physics of Solar Flares, NASA SP-50, 1964, p. 425-439.

88. Priest E.R. Solar Flares Magnetohydrodynamics, Gordon and Breach, N.Y., 1981,465 p.

89. Pritchett P.L. and F.V. Coroniti Convection and the formation of thin current sheets in the near-Earth plasma sheet // Geophys. Res. Lett., 1994, v.21, № 15, p.1587-1590.

90. Pudovkin M. I., Isaev S.I., Zaitseva S.A. Development of magnetic storms and the state of the magnetosphere according to the data of ground-based observations // Ann. Geophys., 1970, № 3, p.761-770.

91. Pudovkin M.I., Semenov V.S., Kornilova T.A., Kozelova T.V., The development of a magnetospheric substorm: theory and experiment // Researches in geomagnetism, aeronomy and solar physics, Irkutsk, 1990, v. 89, p. 5-57.

92. Pudovkin M.I., Semenov V.S., Starkov G.V., Kornilova T.A. On separation of the potential and vortex parts of the magnetotail electric field // Planet. Space Sci., 1991, v.39, № 4, p.563-568.

93. Pudovkin M.I., A.V. Runov, and A.V. Manankova Electric fields in the reconnection region // in the Proceedings of the International Workshop The Solar Wind-Magnetosphere System 2, Austrian Academy of Sciences Press, Vienna, 1996, p. 187-194.

94. Pulkkinen T.I., D.N. Baker, D.G. Mitchell, R.L. McPherron, C.Y. Huang and L.A. Frank Global and local estimates of the current sheet thickness: CDAW-6 // Adv. Space Res., 1993, v.13, № 4, p.(4)85-(4)91.

95. Rijnbeek R.P., Semenov V.S. Features of a Petschek-type reconnection model // Trends in Geophysics Res., 1993, v.2, p.247-267.

96. Scholer M. Earthward plasma flow during near-Earth magnetotail reconnection: numerical simulations // J. Geophys. Res., 1987, v.92, p. 12425 -12431.

97. Scholer M., D. Roth A Simulation Study on Reconnection and Small-Scale Plasmoid Formation // J.Geophys.Res., 1989, v.94, p. 1303-1316.

98. Semenov V.S., Kubyshkin I.V., Heyn M.F., Biernat H.K. Field line reconnection in the two-dimentional asymmetric case // J. Plasma Phys., 1983, v.30, № 2, p.303-312.

99. Semenov V.S., Kubyshkin I.V., Lebedeva V.V., Rijnbeek R.P., Heyn M.F., Biernat H.K. and Farrugia C.J A comparison and review of steady state and time varying reconnection // Planet. Space Sci., 1992, v.40, p.63-87.

100. Semenov V.S., Kubyshkin I.V., V.V. Lebedeva, M.V. Sidneva, H.K. Biernat, M.F. Heyn, B.P. Besser, and R.P. Rijnbeek Time-dependent localized reconnection of skewed magnetic fields // J. Geophys. Res., 1992, v.97, p.4251.

101. Sergeev V.A., Yahnin A.G. The features of auroral bulge expansion // Planet. Space Sci., 1979, v.27, № 12, p. 1429-1440.

102. Sergeev V.A., Semenov V.S. and Sidneva M.V. Impulsive reconnection during substorm expansion//Planet. Space. Science, 1987, v.35, p. 1199-1212.

103. Sergeev V.A., P. Tanskanen, K. Mursula, A. Korth, and R.C. Elphic Current Sheet Thickness in the Near-Earth Plasma Sheet During Substorm Growth Phase // J. Geophys. Res., 1990, v.95, № A4, p.3819-3828.

104. Sergeev V.A., D.G. Mitchell, C.T. Russell, and D.J. Williams Structure of the Tail Plasma/Current Sheet at ~ IIRe and Its Changes in the Course of a Substorm // J. Geophys. Res., 1993, v.98, № A10, p. 17,345-17,365.

105. Sergeev V.A., V. Angelopoulos, D.G. Mitchell, C.T. Russel In situ observation of magnetotail reconnection prior to the onset of a small substorm // J. Geophys. Res., 1995, v.100, № A10, p.19,121-19,133.

106. Shepherd M.M., and G.G. Shepherd Projection of auroral intensity contours into the magnetosphere // Planet. Space Sci., 1985, v.33, p. 183-189.

107. Shiokawa K., V. Baamjohann, G. Haerendel and others High-speed ion flow, substorm current wedge, and multiple Pi2 pulsations // J. Geophys. Res., 1998, v. 103, № A3, p.4491-4507.

108. Sonnerup B.U.O. Magnetic field re-connection in a highly conducting incompressible fluid // J. Plasma Phys., 1970, v.4, № 1, p.161-174.

109. Sweet P.A. The neutral-point theory of solar flares // in Electromagnetic phenomena in cosmical physics, Cambridge Univ. Press, 1958, p.123-134.

110. Tsyganenko N.A. On the re-distribution of the magnetic field and plasma in the near nightside magnetosphere during a substorm growth phase // Planet. Space Sci., 1989, v. 37, № 2, p. 183-192.

111. Tsyganenko N.A. Quantitative models of the magnetospheric magnetic field: methods and results // Space Sci. Rev., 1990, v.54, № 1,2 p.75-89.

112. Vasyliunas V.M. Theoretical models of magnetic field line merging // Rev. Geophys. and Space Phys., 1975, v. 13, № 3, p.303-336.

113. Vasyliunas V.M. Steady state aspects of magnetic field line merging // in Magnetic Reconnection in Space and Laboratory Plasmas, 1984, v. 30, AGU, Washington, D.C., p.25-31.