Формирование дискретных высыпаний авроральных частиц тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.03 ВАК РФ
|
Ковражин, Ростилав Алексеевич
АВТОР
|
||||
|
доктора физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1992
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.03.03
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
На правах рукописи
КОВРАЖКИН Ростислав Алексеевич
«рдаовдшЕ ДИСКРЕТНЫХ ВЫСЫПАНИЙ ' АВРОРАЛЪКЫХ ЧАСТИЦ
Специальность: 01.03.03 - Гелиофизика и физика
Солнечной системы
Автореферат диссертация на соискание ученой степени . доктора физико-математических наук
МОСКВА - 1992
Работа выполнена в Институте космических исследован» Российской академии наук.
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,
Панасюк М.И.
(НЩ ЯФ МГУ нм. М. В, Ломоносова, г.Москва);
доктор физико-математических наук, Сергеев В. А.
СНИИФ С.-ПбГУ, г.Санкт-Петербург); доктор физико-математических наух, профессор, Фелъдштейн Я. И. СИЗМИР РАН, Г.Троицк).
Ведущая организация - Институт физики Земли им. 0. D. Шмидта
г. Москва.
Защита состоится "¿8 " ере§o<*«tJ> 1992г. в 44. 30 часов к: заседании специализированного совета Д 002.94,01 в ИКИ РАЗ по адресу: г. Москва, ул,Профсопзкая, 84/32f подъезд 4.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотек© ИКИ РАН.
Автореферат разослан -Л" 1092г.
Ученый секретарь
специализированного совета, к.т.н. ^¿у,/В.Е.Нестеров
| • ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
проблем». В течение более двух десятков лет различные группы исследователей как в нашей стране, так и за рубежом предпринимают попытки изучения прямыми методами с космических аппаратов процессов нагрева, ускорения и переноса плазмы в магн.;тосфере и полярной моносфере Земли. Прямыо измерения со спутников привели к идентификации областей магнитосферы, таких как плазменный слой, нейтральный слой, плазменная мантия, касп, клефт, плазмосфера и др.
С начала 70-х годов, когда было экспериментально обнаругено в авроральной зоне существование мощных потоков ионов 0+, На+ наряду с Н+, считается общепринятым, что процессы в магнитосфере Земли связаны с двумя источниками: солнечным ветром и земной ионосферой,- поставляющими непосредственно плазму в магнитосферу. Авроральная область зказалась местом, где происходят различные сложные тлазменные явления, приводящие к существованию сильных »лектрических полей Свплоть до 1 В/и на малых расстояниях), гскоренив частиц до сотен кэВ, генерации ОНЧ-волн, кЗразовани» турбулентных зон и т. д.
С совершенствованием научной аппаратуры для измерений верхтепловой плазмы, с повышением ее чувствительности и ременного разрешения в авроральной зоне удается исследовать а только глобальные области ускорения частиц, такие, шример, как плазменный слой С Ферме- и бетатроннсе жорениэ), ио и выделять & нем специфические области более
мелкого масштаба С"перевернутые V" структуры в электронах на масштабах 100-200 км в авроральной зоне, ионы "конического" распределения по питч-углам, пучки ионов вдоль магнитного поля). Задача установления природы генерации мощных локальных электрических полей, формирования пучков частиц к турбулентности остается до сих пор одной из актуальнейших проблем физики магнитосферы. Идентификация этих областей со спутников в авроральной зоне, изучение их характеристик и динамики позволяет такхе "локировать" положение источников частиц в далекой магнитосфере и в полярной ионосфере, исследовать природу и динамику этих источников. Решение этой проблемы представляет большой интерес и для космической физики, и для многообразных практических приложений, таких, например, как прогноз радиосвязи в приполярных широтах, функционирование линий электропередач в полярных районах, заряд КА пучками частиц и др.
Таким образом, большое значение экспериментальных исследований формирования дискретных структур частиц и генерации мощных пучков в авроральной магнитосфере - с фундаментальной и практической точек зрения - и определяет актуальность выбранной темы.
Экспериментальные исследования дискретных высыпаний частиц были проведены с помощьв спутников с приполярными орбитами "Ореол-1", "Ореол-2", "Ореол-3", запущенными соответственно в 1971, 1973 и 1981 г.г.; результаты этих исследований и вошли в данную работу.
Основная цель работы. Измерения на спутниках серия "Ореол" позволили получить результаты по распределению
- 2 -
ускорении* частиц, поставить эти структуры высыпаний в яррорлльпоЛ зоио в соответствие к различным границам . и обяаогяи в магнитос^ро: центральному плазменному слов Ш'З), пограничному плаэмошюму слов (BPS/PS13L), а»ророяыюЯ эоио, граглцо захвата эпоргичних чмтич.. Крема того, по дашшм касс-анализаторов на. "0р{,ол~3'"удалоси установить ионный состав в дискретных рчемташт и определить состав ионов в области источника в гахнитос^ере и ионос^ре.
Таким образом, цель» настоящей диссертационной работы является:
- анализ результатов в дискретных структурах высыланий частиц п авроральноЯ зоне: их энергетическое, питч-угловоэ н пространственное распределение; зависимость от геофизических условий в капштссферэ, кошшЯ состав в т.д.;
- трассирование структур в магнитосферу и локализация источников, с вяз анши с дискретными внсыпанилми ионов; определенно роли земной ионосферы в формировании пучков ионов и определенна роли далекого хвоста магнитосфер« в формировании диспергированных структур высыпаний ионов;
- изучение механизмов формирования дискретных структур высыпаний ионов и связь образования этих структур с процессаыи, происходящими в земной магнитосфере.
Научная новизна работы. В этой работа автор лопотался экспериментально показать, что структуры ионосферного происхождения VDIS-I* С термин VOIS - это «Jdpscnarypa от
- 3 -
Velosiiy Dispersed Ion Structures) регистрируется к экватору от электронных структур "перевернутое V", а диспергированные структуры энергичных ионов из магнитосферы CVDIS-II) - к полюсу от "перевернутых V". Это является фундаментальной характеристикой магнитосферы и связанной с ¡¡eft авроральиой зоны, Таким образом, структуры, в которых наблюдается электростатическое ускорение магнитосфериых электронов, находятся на замкнутых силовых линиях, а сами эти структуры "перевернутого V" связаны с высыпаниями из центрального плазменного слоя СCPS), а не из переходного или пограничного слоя С DPS/PSDL), как ото представлялось группой зарубежных исследователей: Акасофу, Уининхеймом, Хейкилла, Истмеиом, Франком и др.. Концепция связи "перевернутого V" с CPS была развита Фольдштейнои ш Гальпериным С1985), которые опирались в том число и на экспериментальные результаты исследования пучков ионов, выполненные по данным "Ореол-3". Эта концепция связи авроральиой зоны с доменами в магнитосфере в настоящее время становится общепризнанной.
На защиту выносятся следующие положения ь результаты, определяющие научную новизну диссертационной работы:
1.' Обнаружение диспергированных структур ионов if до нескольких кэВ в авроральной зоне и доказательство их образования при ускорении ионосферной плазмы под действием продольного электрического поля CVDIS-D.
2. Отождествление механизма формирования этих дискретных структур в авроральной зоне и радиального дрейф«в течение
•а
. времени распространения пучков за половину периода
- 4 -
осцилляция ионов С источник в сопряженном полушарии ).
3. Доказательство локализации источника . на широте регистрации структуры "перевернутого V" в полушарии наблюдения на спутнике. Сделан вывод о замкнутости магнитных силовых линий, содержащих "перевернутые V". ,
4. Обнаружение диспергированных по энергии и широте структур высыпаний ионов Н+,. Не++ в ночной авроральной зоне к полюсу от "перевернутых V". Найдены характеристики УШБ-И и установлено, что эти структуры ионосферные "автографы" пучков магнитосферного происхождения, приходящих из пограничного плазменного слоя Р2В1, с расстояний ЗО-ЮОР^.
3. Выявление различных типов структур ТОПЗ-Н, отличающихся дисперсией энергия - широта и классификация УШБ-П на "нормальные" (энергия ионов возрастает с увеличением инвариантной широты Л0) и два типа "аномальных" структур: "двухветвевые"' структуры С с ' положительной и отрицательной зависимость» Л0) и "серповидные" структуры (энергичные ионы с ЗкэВ с отрицательной, а менее энергичные - с положительной зависимостью Л0).
6. Построение моделей "точечного" и "распределенного" источников в хвосте магнитосферы. Сравнение эксперимента и модельных расчетов формирования пространственных, нормальных и аномальных структур ШБ-П СЕ х В дрейф из источника при монотонном и немонотонном распределении магнитного поля вдоль* хвоста магнитосферы) и временных аномальных структур ШБ-П (под действием развития "тиринг-неустойчивости" в хвосте во время суббурь).
Достоверность результатов работы обеспечивается
- 5 -
использованием экспериментальных данных различных приборов по измерению энергетических и питч-угловых распределений частиц, установленных на трех спутниках, проводивших измерения в авроральной зоне в 1971 г., 1973 г., 1981-1986 . г.г.; экспериментальные результаты, полученные в процессе работы, совпадают при анализе всех этих данных; сравнение , экспериментальных данных и модельных расчетов показывает их ! согласие. '
Научная и практическая ценность работы. Диссертационная работа непосредственно связана с темой, выполняемой по плану научных работ Института космических исследований. Работа посвящена решению проблемы формирования и распространения пучков ионов как ионосферного, так и магнитосферного происхождения.Экспериментальное обнаружение диспергированных 1 дискретных структур в авроральной области служит основой для нового направления экспериментов по восстановлению структуры I магнитосферы, при отом наблюдаемые пучки . могут быть : использованы как естественные "трассеры" для определения границ между различными плазменными доменами в магнитосфере, , такими как центральный плазменный слой, пограничный 1 плазменный слой,, плазменная мантия и т.д..
I
Результаты работы могут быть использованы для ' л
построения количественной модели магнитосферы, для определения источников пучков частиц в ней; эти результаты также могут применяться для определения прогноза геофизической обстановки в магнитосфере, возможности электростатического заряда космических аппаратов мощными
ч
пучками частиц и т.д.. Результаты могут быть использованы в
различных научных институтах и организациях, изучающих полярную ионосферу и магнитосферу.
Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на симпозиуме КАПГ (Ашхабад, 1974); . на семинаре "Пловдив-82" СБолгария, 1982); на 1У симпозиуме по физике магнитосферы, ионосферы и солнечного ветра (Львов, 1983); на МАГА-75 (Гренобль, Франция, 1975); МАГА-83 (Гамбург, ФРГ, 1983); на рабочей группе Е1БСАТ СФранция, 1983); на симпозиуме ЕОС (Лидс, Англия, 1982); на симпозиумах КОСПАР С1974-1990); на симпозиуме "Полярные геомагнитные явления" (Суздаль, 1986); на совещании "Математические модели ближнего космоса" (Москва, 1988); на научных семинарах в ИКИ АН, ИФА АН, ИФЗ АН, ИЗМИР АН, НИИЯФ МГУ, ПГИ, ЖФИА.
Результаты диссертации опубликованы в 48 работая, по результатам разработки новых космических научных приборов получено 2 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и цитируемой литературы. Объем диссертации -страницОуона содержит 45 рисунков, 7 таблиц и 174 наименований библиографии.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.
Во введении приведена характеристика
яроблемы, обоснована актуальность темы диссертационной заботы, сформулированы основные цели работы, приведены >сновные положения и результаты, выносимые на защиту.
В первой главе работы рассмотрены основные этапы - 7 -
прямых измерений сверхтепловых частиц в магнитосфере Земли. С совершенствованием техники исследований (повышением чувствительности спектрометров и их пространственного и временного разрешения) удалось в течение 70-80-х годов отождествить области дискретных и диффузных высыпаний частиц в авроральной зоне, показать существовлние в «ей таких структур, как "перевернутое V" в электронах, пучков ионов, имеющих "коническое" и "продольное" питч-угловое распределение. В эти годы было показано С Шелли и др., 1972), что кроме традиционно существущего источника - солнечного ветра, основного поставщика плазмы в магнитосферу, существует второй, не менее мощный источник ионов - это ионосфера, которая поставляет как легкие <Н+, Не+), так и тяжелые Св основном 0+) ионы в магнитосферу.
В последнее десятилетие с еае большим повышением чувствительности спектрометров сверхтепловой плазмы удалось обнаружить пучки ионов достаточно низкой интенсивности С4 < 10® частиц/см^, с.ср.кэВ) на энергиях от единиц до десятков кэВ, высыпающихся из далекого плазменного слоя магнитосферы на 15=50-100 где ¡?Е~ радиус Земли. В конечном счете использование таких спектрометров на спутнике "Ореол-3" привело к обнаружению дисперсионных иониых структур на полярном край авроральной зоны. В главе I приводится пример измерений со спутника "Ореоя-3" на витке 2589, чтобы показать основные дискретные высыпания ионов (У015-1 - ионосферного и ТОХБ-И - ыагнитосферного происхождения) и продемонстрировать их схожесть и отличие, их интенсивность, энергетический диапазон и пространственное
- 8 -
расположений в авроральной зоне.
Во второй главе рассмотрены экспериментальные аспекты исследований, характеристики спектрометров сверхтепловых частиц, применявшихся на спутниках "Ореол-1, -2, -3",
Чтобы подробно изучить весь спектр частиц по энергии,на спутниках "Ореол-1", "Ореол-2", "0^еол-3" применялись различные спектрометры частиц, каждый из которых имел достаточно ограниченный энергетический диапазон, однако совокупность различных датчиков дала возможность исследовать характеристики высыпающихся частиц от десятков эВ до нескольких сотен кэВ. Необходимо отметить, что на "Ореол-1" и "Ореол-2" были установлены спектрометры, осуществлявши отбор частиц по отношению Ч/ц, где V- энергия частиц, ц-заряд иона. Поэтому на этом этапе ' исследований С1971-1973г.г.) не удалось определить вид ионов; в ряде случаев мы имели только косвенные■данные об ионном составе потока высыпающихся ионов. На "Ореол-3", кроме спектрометров г электростатическими анализаторами, были также установлены спектрометры с двойным анализом, что дало возможность в 1981-1986г.г. отождествить ионный состав пучков ионов. Это гривело к достаточно интересным и неожиданным результатам Св астности, о чистых протонных пучках, идущих из Р5ВО.
Кроме' того, представления о двухкомпснентном спектре зрорапьных ионов заставили сделать достаточно подробное канирование по энергии для определения функций аспределения ионов .
Эксперименты на спутниках . "Ореол-1", "Ореол-2", - 9
"Ореол-3" осуществлялись в рамках советско-французской космической программы АРКАД. Во время этой программы также проводились измерения на наземных обсерваториях,
что дало возможность более точной привязки прямых измерений к геофизической обстановке.
Спутник "Ореол-1" был запущен- 27.12.1971г. на приполярную орбиту (Нр=410 км; На=2500 км, 1=74°; Т0(}р=114,б мин). Спутник проработал до 20 июня 1972г., когда прекратил активное существование из-эа израсходования ресурса служебной аппаратуры.
Спутник "Ореол-2" был запущен 26.12.1972г. с параметрами: Нр=407 км; На=1995 км; 1=74°; Тобр=109.2 мин. и работал до 09.04.1973г. /1373 витка/.
. Вращение спутников вокруг центра масс было довольно медленным. Для начальных орбит периоды вращения были равны: Т("'0реол-1'Ь=6 мин, ТС'0реол-2^=8 мин. ч
На спутниках "0реол-1,-2" были установлены двойные спектрометры Е2АР1А и Е2ВР1В С для регистрации электронов и ионов); оси поля зрения входных коллиматоров были расположены под углом 90° друг к другу. Полный период времени сканирования составлял 16 сек С 7 энергетических уровней по 2 сек,каждый, плюс 2 сек. для "обнуления" пластин анализатора). Блок электростатических анализаторов состоял из 3-х отклоняющих цилиндрических пластин с раствором (П/3)*У2 радиан; верхний анализатор пропускал электроны, нижний-ионы. Геометрические факторы приборов были *=3,0*10-3 см2 ср и *=1,8*10~^ см^ ср для спектрометров, установленных на "Ореол-1" и "0реол-2" соответственно. Диапазон измеряемых
- 10 -
энергий составлял 0,4-30 кэВ.
Для измерения потоков протонов в диапазоне 150-880 .кэВ
был использован спектрометр РИП-806, представлявший совой
сцинтилляционный детектор; потоки частиц измерялись
одновременно в 4-х энергетических диапазона*. В датчике был
установлен магнит, позволяющий вывести из поля зрения
детектора электроны с Eil МэВ. Для защиты от видимого и
У/Ф излучения сциктиллятор был закрыт слоем напыления о о
голодной 5000 А и фольгой ,слой которой был толщиной 2850 А.
Толщина сцинтиллятора составляла 45 мг/смг, что
зоответотвовало пробегу протонов с энергией 950кэВ. Угол
зрения прибора составлял 18°/t 9°/, геометрический фактор
зрибора н = 2,47*10"асм2 стер.
Спутник "Ореол-3" был эалуцен 21.09.1981г. с
ираметраии орбиты: Н&= 2012.4 км; Нр= 408.3 км; i= 82.5°,
focjp=» 109.5 мин. Этот спутник имел большее наклонение, чем
'Ореол-1,-2", поэтому могли быть изучены более подробно
гаротныэ разрезы с примерно одинаковым MLT. Спутник был
■равитационно стабилизирован; детекторы частиц были
становлекы так, чтобы перекрыть достаточно широкий диапазон
итч-углов.
Комплекс спектрометров СПЕКТР0 состоял из:
- 2-х электростатических анализаторов СROBE) с 9 ка'налтронами для регистрации электронов и с 9 каналтронами для регистрации ионов;
- 2-х электростатических анализаторов низкой энергии СТВЕ01, ТВЕ023 для регистрации электронов и ионов;
- 2-х энерго-масс - анализаторов CI0N01, I0N02) для
, - И -
измерения ионного состава с 1-50 а.е.м. Тип частиц и диапазоны энергии были следующие:
Анализатор ROBE
ТБЕ01
ТВЕ02
I0N01 10R02
141-50 а.е.м.)
Тип частиц Диапазоны энергий
е" 0,24-21 кэВ
i+ О,17-19 кэВ
<з~ 0,015-0,93 кэВ
í+ 0,018-1,1 кэВ
е~ 0,135-9,2 кэВ
1+ 0,155-9,7 кэВ
0,013-14 кэВ ,
Электростатические анализаторы ROBE изготовлены в виде трех 65° - секций четверть-сферического анализатора. Входная ап-ертура составляет 20°х 100° <где первай-полярный, ьторой-азкиугаяышй углы). После анализатора расположено 18 канаятронов, 9 по внешнему периметру (для ионов), 9 по внутреннему (для электронов).
Геометрический фактор прибора ROBE для среднего С5-го)
канала был равен * _= 6,25*10"* см'.стер.кэВ для электронов е
и 1,3х10~*сма.стер. кэВ для ионов.
Электростатические анализаторы ТВЕ01 и ТВЕ02 изготовлены в виде двух 180° - секций сферического анализатора. Входная ап>ертура составляла 6°х 21°. Фактор конверсии скорости счета в потоки составлял 2,02*10"" W для электронов и 1,5*10"* V для ионов (W-энергия частицы). Энергетическое разрешение AW/Vf % ТА.
Каждый из масс-анализаторов I0N01 и I0H02 состоит из коллиматора, : анализатора с задерживающим потенциал;
- 12 -
системы ускоряющих сеток, электростатического анализатора и анализатора по скорости ионов Сфильтр Вина). Входная ап-ертура составляла 24°х 12°. Входная система сеток могла пропустить частицы с энергиями от 13 эВ до 110 зВ. Разрешение ДМ/М было «4, геометрический фактор прибора -l*10"aW, где W - энергия анализируемого иона.
Для анализа низкоэнергичных электронов и ионов на спутнике "Ореол-3" были установлены 4 прибора РИЭП-2802 Сдва датчика DEI, DE2 - для электронов, два датчика DPI, DP2 -для ионов). DE1 и DPI измеряли частицы в диапазоне 0,76-14 кэВ, DES и DP2 - в диапазоне 40-700 эВ. В этих датчиках впервые были использованы анализаторы, пластины которых были выполнены в форме логарифмической спирали с углом отклонения 135°. Анализ частиц осуществлялся по отношению W/Q, в качестве детектирующего элемента «пользованы вторично-электроикыа умножители открытого типа ВЭУ-1 с Зольшим входным окном 15 им х 13 мм. В результате использования анализатора нового типа удалось получить 5олывоЯ геометрический фактор, что крайне важно для югистрации очень слабых высыпаний частиц. Фактор конверсии скорости счета в поток составлял 10-6000 Сем", стер. кэВ)-' в авискмости от энергетической ступени датчиков;
Приборы РЮП-2802 могли работать как в режиме кэширования, так и в режиме остановки на одной из ступенек.
полете использовался режим остановки на ступеньке для ¡¡следования вариаций потоков частиц; приборы СПЕКТРО
сканирование спектров) и РЮП-2802 (одна ступенька по
/
шргии), таким образом, дополняли .измерения друг друга.
- 13 -
В качестве спектрометра больших энергий на спутнике "Ореол-3" использовался • спектрометр СЭС-14 с полупроводниковым детектором. После прохождения коллиматора
о
и фольги С2500А) электроны отклонялись магнитом СВ=840Гс) на детектор 02, а ионы проходили на детектор 01. Энергетические диапазоны ИСкэВ) и факторы конверсии скорость счета - потоки КСсма. стер. кэВ)-1 были следующие:
Электроны Ионы
V К W К
1 63- 92 23.8 91-122 2.40
2 92-129 14.4 122-159 1.72
3 129-191 6.66 159-216 0.98
4' ■ • 191-249 5.60 216-276 0.83
В третьей главе приводятся экспериментальные результаты по высыпаниям ионных пучков, ускоренных в сопряженной ионосфере. Впервые такие структуры были замечены по данным спутника "0реол-1м более 10 лет назад; .: измерения проводились без селекции ионов по кассам. Эти пучки проявляются как "наклонные" структуры на спектрограммах энергия - время, таким образом, они являются диспергированными по широте и энергии (скорости). Такие структуры наблюдались также со спутников DE-1 и DE-2.
"Наклонные" структуры есть результат фильтрации по
j
скоростям С Б к Б ) от комбинации действия электрического поля конвекции С утро - вечер ) и геомагнитного поля .
Наклонные структуры были изучены & деталях по "Ореол-3" ' для анализа были взяты данные с достаточно хороши временный разрешением Сэнергетический спектр по 16 ступенькам по прибору ROBE сканировался эа Д1=1,6 с, знерго-массовый
- 14 -
спектр по приборам ION по 4 ступеням по знергии и по 32 каналам по массе сканировался за 12,8 с). Поток конов в этих структурах был J>10^ част/см^ с ср кэВ.
Модель, которая используется для объяснения VDIS-I, -проста. Она представлена1 схематично на ,рис.1. На схеме ' вверху слева представлена спектрограмма по электронам; при ускорении ионов и их выносе из ионосферы под действием продольной разности потенциалов, действующей в структура "перевернутого V", образуется наклонная структура в ионах (нижняя спектрограмма). Причем, действие радиального дрейфа со скоростью Vc приводит к тому, что структура находится к экватору от "перевернутого V" и две ветви изгибаются, т.к. время действия Е х В - дрейфа - на частицы меньшей энергии оказывается больше, чем для ионов большей энергии. В первом случае (при ускорении ионов из "перевернутого V") имеются две вотви в структуре ионов. Во втором случае (от одиночной тонкой дута в электронах) - имеется только одна ветвь наклонной структуры в ионах. Если предположить, что области ускорения симметричны в обоих полушариях, то к^ - это инвариантная широта, на которой наблюдается центр области ускорения в одном и том же полушарии при одновременных измерениях высыпающихся электронов (верхняя спектрограмма) и ионов (нижняя спектрограмма).
Характерной особенностью этих экспериментально наблюдаемых по "0реол-3" структур, является то, что пик интенсивности на больших энергиях CWj^sl-5 кэВ) находится на более полярных инвариантных широтах, чем пик интенсивности на малых энергиях (W¿=0,2-0,4 кэВ) независимо ' - 13 -
от того,двигался спутник от экватора к полюсу или от полюса : к экватору. Это кокет свидетельствовать о пространственной скоростной дисперсии , а не просто о временно« эффекте прихода частиц от источника в точку наблюдения в зависимости от энергий ионов .
На рис.2 показан пример зависимости энергии пиков интенсивности от инвариантной широты Л0 для пролета 3371 "Ореол-3", а также модельный расчет функции \^=/СЛ0) при предположении, что источник выноса ионного пучка точно соответствует широте наблюдаемой структуры "перевернутого V" в электронах С Л} =65.15°-66.20°3. Зависимость хорошо
укладывается в параболическую аппроксимацию (на рис. 2 показан также эффект разброса по скорости дрейфа при Ус=300 м/с и \*с=325 м/с). В данном случае пучок состоял из протонов, ионы 0+ наблюдались к экватору от структуры Н*. Максимальная энергия пика интенсивности Н+ была 3,3 кэВ, в то время как максимальная энергия в "перевернутом V" для электронов составляла 3,0 кэВ, что указывает на некоторую деакселерацию пучка ионов при распространении из сопряженного полушария.
Наклонные структуры наблюдались на 68 'витках
"Ореол-З" из 653 витков, походящих авроральнуо эоиу во всех »
секторах МП, кроме дневного. Для всех структур было проведено сравнение экспериментальных данных и расчетных контуров. чВо всех случаях закон изменения энергии пиков
' . ч
интенсивности от широты был квадратичным, что соответствует радиальному дрейфу ионов к экватору.
По измерениям "Ореол-1" структуры высыпаний достаточно низкоэнергичиых ионов (0,2-3,0 кэВ) наблюдались в основном в утреннем секторе ШТ вблизи экваториальной области , в авроралыюй зоне. Поток ионов обычно достигает 10^-10* част/ск^ с ср кзВ, что на порядок больше,„ чем в других областях аврораяьной зоны. Такое поведение высыпающихся ионов встречается достаточно регулярно; можно отметить, что средняя энергия ионов имеет резкое снижение в экваториальной зоне по сравнению со средней энергией ионов магнитосферного происхождения. Дрейф к утреннему сектору низкоэнергичных ионов указывает иа то, что за половину периода осцилляция С1/2Т00ц) эти ионы испытывают достаточно долго,влияние Е х В (для ионов 0+с энергией 0,2 кзВ это время 1/2Тосц=15 мин).
Выводы из эксперт.мотальных результатов по УБ1Б-1 следующие : '.''..
- пучки ионов появляются в форме узких дискретных полос СДЛ 5 1°) с очень интенсивными высыпаниями ^ £ Ю^ион/см^ з ср кэВ ) ;
- структуры \ZDIS-I имеют дисперсию по энергии и инвариантной широте, экспериментальные данные и расчетные фивыа контуров Е = /С Л ) хорошо совпадают. Этот факт согласуется с гипотезой эжекции и электростатического гскорения ; ионов в сопряженном полушарии с последующим |ффектоы фильтрации по энергии и массе ионов под влиянием ■ * х В дрейфа ;
- электронные структуры "перевернутое V" находятся к юлюсу от ТО15-1 и могут являться "источником" выноса пучков
- 17 - .
ионов в силовой трубке;
- максимальная энергия во С^тах=2-5 кзВ) обычно
меньше на 1-2 кэВ максимальной энергии в "перевернутом V" в электронах на том же самом пролете спутника; это может указывать на некоторую деакселерацию пучка ионов. Питч-угловое распределение пучков близко к продольному;
-ионный состав ШБ-Г ' определяется в основном Н+; полосы 0+, расположенные к экватору от Неособенно в утреннем секторе МЕЛО, появляется в результате аффекта фильтрации ионов по энергии и широте.
' В четвертой главе приводятся результаты сравнения эксперимента и модельных расчетов по ионосферным пучкам, высылающийся в структурах , и обсуждаются
механизмы их формирования, функция распределения по скорости в наклонных структурах может содержать один или несколько пико§ интенсивности, формируемых механизмом ускорения вдоль Б-поля СШарп и др., 1981). Однако, по результатам моделирования в двумерном случае, Горвлц и Локвуд получили, что изотропная функция распределения ионов сильно эволюционирует при движении частиц под действием комбинации эффектов мапштного градиента и коньекции, поэтому уже на 11?£ доходят только частицы с Уц в фазовом пространстве. Другими словами, распределение может дать продольный пучок не за.счет электростатического ускорения, а за счет эффекта фильтрации. Ситуация полностью меняется при использовании трехмерного моделирования с учетом эффектов электрических полой, гравитационных к магнитных сия. Такая модель
- 18"' -
трехмерного моделирования была предложена Дсзлькуром и др. За половину•периода осцилляций ионов появляется разделение . по пассам и продольной энергии ионов, поэтому ионы, движущиеся вверх, эжектируемьте с изотропным распределением, высыпаются с различной локализацией. Пик, интенсивности наблюдается вблизи Уц, это указывает. па коллимацию первичного пупса .
Вытягиваемые вверх пучки ионов рассеиваются' по питч-углу в экваториальной плоскости или дам раньшеСна согласно исследованиям группы Лундина на "Прогноз-?" к группы Желли на СЕ-1. Эффект рассеяния будет больше • для, больших периодов осцилляций, что характерно для пучков 0+ Ез-оа большой нассьг, кроме того, эти пучки.• будут испытывать большой сдвиг по Ш.Т С как и следует из данных "Орсоя-З" ). Для протонов этот эффект азимутальной дисперсии будет пренебрежимо мал. В ■ действительности, - даже ограничившись простой аппроксимацией Сдиполыюе магнитное поле,-однородное электрическое поле утро-вечер), комбинация электрического, градиентного и дрейфа кривизны будет давать траектории ионов, локализация которых будет определяться ¿ассой, полной опертой и питч-углом. Большинство УШБ-!, ^регистрированных на "Ореол-3", располагается в секторе й,Т=00Н-06Н, так что радиальная компонента скорости :онвекции' не остается постоянной на протяжении всей ■раехтории иона. На рис.3 показаны результата численного оделнрования для витка 3671 спутника "Ореол-3" и сравнения асчетного спектра с реально измеренным. На этом рисунке
- 19 -
представлена трехмерная диаграмма МЬТ-Л0-Е, суммирующая результаты моделирования. Предполагая, что ионы (в данном случае Н+) эжектируются из сопряженного полушария практически вдоль силовой линии,и.прибавляя дрейф к востоку в электрическом поле * 6 мВ/ы Св экваториальной плоскости), получаем, что для выбранных параметров модельная и реально измеренная структуры количественно хорошо совпадают. Структура в "источнике" показана на правой стороне рис.3.
Результаты сравнения эксперимента и расчета показывают, что должны быть выполнены следующие условия; первичный источник должен быть достаточно широким по МЬТ (Ж/Г . 0.5Н-1.0Ю; электрическое поле конвекции должно быть интенсивным (вплоть до 6 мВ/м, что наблюдается в возмущенной магнитосфере); пизкоэнергичные ионы должны продрейфовать по КЬТ порядка 1Н №Т до точки высыпания.
Те же саше расчеты для ионов 0+ той же энергии приводят к широкой протяженности по МЬТ/ как "источника", такикдостаточно сильному азимутальному дрейфу, в результате чего структуры 0+ наблюдаются обычно в утреннем секторе МЬТ. Для ночного сектора, возможно, что структура ионов является суперпозицией \Ф13-1 и структуры за счет Ферми - ускорения, преимущественно действующего также на V,,.
Альтернативным объяснением для дисперсии ионных пучков могло бы быть привлечение "время^ролетного" эффекта, т.е. ¿иоперсий временной,а не пространственной. Для временной дисперсии пучка ионов необходима импульсная инжекция из ионосферы в магнитосферу; длительность ипжевдш должна быть
- 23 -
заводомо меньше, чем полонима периода осцвлляций. При этом более энергичные коны могут достигать точки регистрации быстрее,- чем низкознергичные, таким образом,задержка прихода ионов в зависимости от энергии может дать эффект дисперсии по (Я и Л.
По результатам "Ореол-3" эффект из-за времени прихода нельзя привлечь к объяснении дисперсии по широте по нескольким причинам:
- во всех случаях, когда спутник двигался от экватора к полису, низкоэнерпгаше ионы * 200-400 зВ регистрировались первыми, а затем уже наблюдались высыпания более энергичных понов 3 кэВ);
- эадерззса между приходом высокоэнергичннх частиц т 3 кэВ и пнэксзиоргнчннх понов Н+ ^ 0,5 кэВ Скогда спутник двигался от полюса к экватору) составляла ДТ < 1 мин.', в то время как задержка из-за времяпролеткого эффекта' должна- была бы составлять % 3 мин..
Важным вопросом существования ' является
стабильность области источника "перевернутого V", а также возможность деакс^йрации ионного пучка при распространении до авроральных высот. О стабильности широких дуг полярных сияний имеется много подтверждений наземных исследований. Данные спутника БЕ-! показывают, что "перевернутые V" сохранялись, по крайней мере, в течение 20 мин. Сзатем СЕ-1 просто выходил из структуры на Н % 11000 км. Э. Для наблюдений №15-1 в ионах 0+ на "Ореол-З" необходимо, чтобы "перевернутое V" сохранялось в . течение £ 13 мин..
- 21 - .
Экспериментальные данные, приведенные для последовательных витков, показывают, что электронная структура сохранятся на время не менее, чем время витка "Ореол-3" (Т= 109 мин.), хотя, очевидно, что пространственное расположение меняется и, безусловно, меняется поток энергии и энергия, на которой наблюдается максимум потока электронов.
Одним из фундаментальных вопросов существования \Ф1Б-1 является вопрос о возможной Си, может быть, полной) деакселерации пучка ионов при переходе из полушария, где расположен "источник", в сопряженное полушарие. Если бы происходила полная деакселерация ускоренных ионов в "перевернутом V" при пересечении потенциалей при движении ионов; тогда явление Ш5-1 просто бы не могло быть зарегистрировано в сопряженной ионосфере, хотя пучки прекрасно бы . наблюдались на больших высотах вблизи экваториальной плоскости.
' В действительности, статистика наблюдений 7015-1
говорит о том, что вероятность нблюдения относительно
мала С68 пролетов из 653 на "Ореол-З"). Это может
свидетельствовать" о частичном "запирании" пучков ионов.
Действительно, максимальная энергия пучка ионов всегда
меньше; чем энергия электронов в сопутствующем "перевернутом ■ л
V". Однако, существование У01£-1 доказывает, что имеется несколько механизмов, препятствующих деакселерации пучка ионов. Такими механизмами могут быть следующие: ускорение ионов при азимутальном дрейфе, когда пучок движется поперек потенциалей крупномасштабного электрического поля; вероятное
- 2* -
перераспределение эквипотенциалей в структуре "перевернутого V" эа время половины периода осцилляция ионов; уменьшение энергии электронов в "перевернутом V" эа время движения ионного пучка, т.е. временная нестабильность разности потенциалов в ускоряющем "источнике".
В пятой главе приведены экспериментальные, результаты по диспергированным пучкам ионов из пограничного плазменного слоя, дающих дискретные высыпания CVDIS-II);,
Поскольку одной из фундаментальных проблем будет являться связь VDIS-I1 с источником в далеком хвосте магнитосферы в ночном секторе MLT,- перед описанием
экспериментальных результатов полезно понять отображение 1вроральной зоны в хвост. Впервые термины BPS и PSBL 'были »ведены для объяснения локализации дискретных авроральных юрм (высыпаний электронов в дугах и "перевернутых V"). По тому определению CPS связан с диффузными высыпаниями на олее низких авроральных шротах. 3 этой работе завдаается ругая точка зрения, основанная на аргументах, развитых ельдштейном и Гальпериным (1983, 1989).которые подробно ассмотрели экспериментальные данные всех измерений In situ пришли к заключению, что"леревернутые V" . структуры эоецируются в CPS в хвосте магнитосферы.
Имеется несколько аргументов в пользу последней точки >ения. Наземные фотометрические исследования показывают, : ■о диффузное свечение в ночной авроральной зоне к полюсу.от ала, содержащего яркие формы, связано с высыпанием зкоэнергичных электронов Е < 1кэВ. большой интенсивности Jc
- 23 - .
% 109-1010 част/ск^с ср кэВ. Обычно эта область достаточно узка, соответствует электронным температурам ниже 1кэВ и спектр электронов смягчается к полюсу. Одним из самых убедительных . аргументов является также тот факт, что "перевернутые.V" структуры находятся на замкнутых силовых линиях. Этот факт приведен в главе IV по расположению пучков ионов VDIS-I и доказан по многочисленным данным "Ореол-3" и по данным DE-2.
■ Кроме того, можно отметить, что области "перевернутых V" часто занимают несколько градусов по широте, в то время как проекция PSBL по измерениям Дандураса и др. составляет в авроральной зоне полосу АЛ < 1°.
,."Из данных "Ореол-3" следует, что обычно самая полярная структура "перевернутого V" Сили широкая дуга, ■ в которой наблюдается интенсивное вторжение электронов до нескольких кэВ) замыкает CPS с полярной стороны. К полюсу от нее . электроны имеют низкую среднюю энергию СТ4 300-500эВ), это вторжения BPS вплоть до границы полярной шапки. Ионная , наклонная структура VDIS-II начинается к полюсу от "перевернутого V", т. е. сопровождается высыпанием пизкоэнергичных электронов. На рис.4 представлена зависимость Wот Дисперсия протонов имеет линейную : зависимость W"^=aA+b, причем, для всех VDIS-II большая энергия пика интенсивности наблюдается на большей широте, что доказывает пространственную, а не временную дисперсию, т.к. независимо от времени наблюдения и направления сечения спутником авроральной зоны Сот экватора к полюсу или от
- 24 -
полиса к экватору) наклон \Г1/г=/(Л0) положительный. В правой части рис.4 показаны спектры масс для каждой структуры. Такие \Tns-I в нашей классификации С при положительной зависимости V и Л0) являются "нормальным:!" и составляют абсолютное большинство зарегистрированных \Ш12-П. Их характерные свойства следующие:
- все ионные лучки состоят из ионов Н+, интенсивность их составляет ЗнкАюн/см2 с ср кэВ в среднем (наиболее интенсивный \ZDIS-I зарегистрирован на витке 1613, J=2x10'ион/см2 с ср кэВ).
Можно констатировать, что поток Нэ++, Не+, 0+ был ниже, по крайней мере, J=10^ион/см2 с ср кэВ (порог регистрации по потоку);
- дисперсия энергия-широта подчиняется закону Л. Широтная протяженность ШБ~П составляет ДЛ % 1°, все они располагаются к полюсу от "перевернутых V", т.о. на самом полярном краю авроральной зоны, который, вероятно, связан с РБВЬ.
Примеры "аномальных" структур представлены на рис.3. На 1699 витке спутник "Ореол-3" двигался от' полярной тапки и прошел две зоны высыпания ионов. Первая - широкая полярная дуга на широтах А = 77.4° - 74.8°. В этой области наблюдаются высыпания низкоэнергичннх электронов с энергиями Е < 1кзВ и высыпания протоков, диспергированных по энергии и широте; отметим, что дисперсия имеет инверсный характер Ст.е. ниакоэнергичные протоны высыпаются на большой широте, а высокоэнергичные - на малой). Вторая зона высыпаний
- 23 -
появляется на Л = 72.1°. В этой зоне регистрируются также электроны с Е ( 1кэВ и, наконец, на экваторе зоны появляется "перевернутое V". Таким образом, этот пример показывает наличие двух ионных структур, диспергированных в противоположных направлениях.
Закон для высокоширотной зоны хорошо аппроксимируется зависимостью УГ1/2 ^ Л, в то время как для более низкоширстной области - „ Л. Эти две структуры состоят
из Н+. но ионы Не++ также присутствуют CJ < 105ион/сы2с ср кэВ) в структуре,ассоциирующейся с полярной дугой.
На витке 1704 (рис.5) авроральная зона совершенно необычна - она занимает узкую область в несколько градусов (62.84°-67.40°) без высыпаний высокоэнергичных электронов ъ 10 кэВ. без "перевернутого V", с множеством мелкомасштабных дуг, следующих одна за другой. Перед пролетом бил исяючителыга спокойный период в течение •* 10 часов с АЕ < ЧООпТ, однако сам пролет приходится на начало суббури, отмеченной в основании силовой линии измерения СТроксе). Эта структура имеет- "серповидную" форму. На одной к той же широте наблюдается два разных значения энергии высыпающихся ионов. Имеются две ветви - одна с обычной аппроксимацией V \ А, вторая - для высокоэнергичной компоненты ионов с обратным ходом УГ*1^ ^ -А. Отметим, что это единственный пример, когда пучок ионов содержит не только Н+, но и 0+ (возможно, ионосферного происхождения). Кроме того, в масс -
, ч
спектре пучка имеется также небольшая часть Не++ (.1 з . а2х104ион/см2с ср кэВ).
Важнейшим вопросом происхождения VDIS-II является вопрос о связи высокоширотной авроралы'сЯ области, с "источником" пучков в хвосте. Чтобы определить область источника, надо достаточно четко локализовать внешнюю (полярную) границу зоны Еысьшания пучкда. Эта граница отображается, по-видимому, скорее на границу между долями хвоста ( lobes ) и внешним плазменным слоем, чем на границу PSBL/CPS, Критерием для определения границы полярной шапки служило резкое возрастание интегрального потока электронов с W0~ 1 кэВ. Большинство ионных пучков наблюдается вблизи этой границы, отстоя в среднем всего на 0.4°-С.5° от нее (т.е. на 40-30 км на ионосферной высоте ). Только три случая из SO достигают АЛ > 1.5°. Таким образом, можно заключить, что VDIS-II, по-существу, заключены внутри внешней области плазменного слоя, т.е. в PSBL.
Большинство зарегистрированных VDIS-II было при АЕ < 'ЗООпТ, однако нормирование числа VDIS-II к числу изученных пролетов "Ореол-3" (673 ватка) кэ выявляет какой-либо определенной зависимости от АЕ- индекса (средняя частота появления VDIS-II составляет v 11Я ). Более того, из данных следует, что нет и определенной корреляции от фазы суббурь, хотя, необходимо сказать, что большинство случаев VDIS-II наблюдалось в магнитно-спокойные периоды или на фазе восстановления (32 случая - для спокойных периодов и 25 случаев - на фазе восстановления суббури).
Свойства наблюдаемых ионных пучков, дающих диспергированные структуры VDIS-II, можно суммировать
- 27 - .
следующим образом:
- VDIS-II регистрируется к экватору от полярной границы зоны вторжения электронов Сна АЛ = 0.4° в среднем) B.20H-04H MLT;
- VDIS-II квазиизотропны в конусе потерь, состоят из Н+ в диапазоне энергий 3-Е0кэВ;
- VDIS-II имеют дисперсию по энергии и инвариантной широте Сширотная протяженность ~ 1° для 65 из 80), хорошо аппроксимируемую зависимостью Е"^ * Л;
- только 80 VDIS-II зарегистрировано на 673 пролетах в . диапазоне ДЛ = 65°-80° и AMLT = 18Н-06Н. Обычно интенсивность во VDIS-II составляет 10®иов/сы^с ср кэВ; частота появления VDIS-II не зависит от магнитной активности CAE). ' j
В шестой главе рассматривается сравнение j экспериментальных результатов по структурам VDIS-II с | модельными расчетами и обсуждаются «ехаказкы формирования . и распространения пучков магнктосферных ионов.
В первую очередь рассматривается простое ускорение в , далеком хвосте (Х0~ lOORg ), т.е. в области j квази.—стационарного поресоединения хвоста магнитосферы. Предположим, что частицы непрерывно ускоряются в этой области и после этого эжектируютс-я вдоль границы плазменного слоя. При движении к Земле ионы будут диспергировать ю-за эффекта дрейфа в поле конвекции Е х В. Это хорошо известный эффект' скоростной фильтрации, когда энергия иона пропорциональна времени движения частицы от PSBL до
гь -
ионосферы. При этом условия ускорения не должны значительно меняться за время пролета ионов (5-10 мин) от хвоста, до . ионосферы.
В этой модели ионы зхектируются из■ "точечного" источника в хвосте - Хр и не высыпаются, на широте XQ, соответствующей широте проекции точки Х0 в авроральную зону, но высыпаются на широте Й V), которая будет зависеть от времени пролета иона от хвоста до авроралыюй зоны..
Большая часть частиц за время пролета движется вдоль
хвоста и при этом будет наблюдаться смещение ДХ = XQ- ХСЮ.
Для того, чтобы оценить ДХ, можно пренебречь временем
движения иона вблизи Земли, где Я - поле имеет дипольныЯ
характер. Предполагал, что поле в плазменной мантии В^(х) и
что величина В^Сх) практически остается и в PSBL (в точке
старта к Земле), можно оценить пространственное смещение по
оси Z частицы со скоростью V (энергии Ю от расстояния XQ ' в
хвосте: " ' •
Е» о dX Ef £х)
IZ = - ! -ъ dl = - S — * -t— - ( la ) .
h ' xo V BtCx5
Здесь E^- электрическое поле утро-вечер, B^Cx) - магнитное
поле в PSBL, возрастающее при приближении к Земле. Так как
только усредненный эффект от В^(х) важен в уравнении С1а),
можно упростить интеграл, введя среднее, значение В^Сх) С"> 15
20 пТ); тогда получим: Е X
Д2 ss н —. £ 16 ) .
, v v
Для того, чтобы перейти от ¿2 к смещению по широте М,
- 29 -
воспользуемся сохранением магнитного потока (соотношение(2а) и естественным предположением об эквипотенциальности силовьтс линий (соотношение(26). Т.о. мы можем перейти от хвоста (Б ~ ~501?Е , В2(к) ~ 1пТ) через РББЬ СБ-ширина области, Вх) в ионосферу Сширина проецируется в Е^ я соэЛ * в , магнитное поле-в Вр
ДХ х 0 * В2Сх) = ДА х * б * соэАВ > С 2а )
Е^ к Б = Е1 * б к Е£ к соэА , С 26 ) .
! Угол в " 120°-130? соответствует долготной протяженности в
ионосфере ширины хвоста магнитосферы, Из уравнения С16) и соотношения С2а) получаем :
М = А0-7\ (Ю = -2А к Х0* Е^ — > С За 3 ,
V
где А = [ 1/2 9 соэЛ ][ В/И^ ][ 1/В^ ] - есть коэффициент связи.''
Используя С26), иояно связать ДА с энергией иона У через электрическое г.олв ка авроралыюй высоте Е^, которое измерялось непосредственно на спутнике "Ореол-3":
Р_ Ы _*_ М 1_ -Ли и" 1/2
I
М = - —и- * —1—.н — = С«* W 1/с С 36 ),
кЕ -Ч V 1
Х„ Е, ш, 1/2-
где С, ---« -1- [—•]
1 КЕ В^з 2 •
Смещение ДА С из (36) дает непосредственно расстояние, на
которое смещается ведущий центр при конвекции к ионосфере за
врем движения иона от источника в точке Х0 до ионосферы,
Крома рассмотрения формирования Шй-П из "точечного"
- 30 -
источника;в работе рассматривается более сложный' механизм, ускоряющий ионы в хвосте магнитосферы - "распределенный" источник. Эффект основан на действии электрического поля утро-вечер (совместно с эффектом фильтрации по скоростям); этот эффект приводит к ускорении некоторой группы частиц. Вне ограниченной области нейтрального слоя в далеком хвосте, где ускорение может быть экстремально эффективным ( но распространяется только на небольшую . доли частиц ), обращение (реверс) магнитного поля может работать также- как ускоритель частиц. Этот механизм дан Спайсером для модельных расчетов и предложен Шабанским с использованием движущегося магнитного зеркала и позднее сформулирован Лайонсом и СпайСером. Принципиальным моментом для создания ускорения и э ¡секции является существование малой нормальной компоненты магнитного поля В2 - постоянной или квази—^постоянной в нейтральном слое. Эта компонента очень сильно изменяет траекторий частицы вблизи экваториального слоя в хвосте яапштосфери, н хотя этот факт кажется неожиданным на первый гзгляд, величина зтсй компоненты (более, чем величина поля 3^) определяет коэффициент ускорения частиц при их ьзашодействии с полем вблизи экваториальной плоскости.
Если поле утро-вечер Е^ приложено поперек хвоста
агкитосфери, это зеркало движется со скоростью Е^/Вг. После
■эашюдействия с нейтральным слоем частицы с первоначальной
коростьв будут иметь приращэиио энергии Д¥: Е Е
№ * 2тя(я а Г—1- УЛ . ( 4 ) .
1 в2 1 - 31 -
Это соотношение работает для достаточно широкого диапазона : Е СО-1 мВлО, В С10-40 пТ) и BZC < 2.5 nT D.
Для "холодных" частиц, когда V^ « Е^/В2, вращение определяется поперечным дрейфом со скорость» E^/Bz и тогда:
AW * 2пц к [--• ' С 5 ) .
1 Ez .
При этом все протоны (Н+) будут иметь конечную энергию порядка кэВ или более; оценка величины V^ будет следующей: Et/Bz ~ 200 км/с, если Bz~ InT и Et~ 0, 2мВ/м.
Для энергичных частиц со скоростями Е(/'В„ инкремент ускорения будет соответствовать зеркальному отношению
вследствие взаимодействия с токовым слоем: Е<
AW * 2m(* [—Н к Vf « W, • С 6) .
z t t Результатом дрейфа Е х В будет широтное смещение
траектории ионов вследствие их фильтрации . по скорости от
ЛСЮ, которая является проекцией силовой линии, связанной с
точкой эжекции (ХЗ, до широты ЛСЮ; '. где - ионы наблюдаются
спутником в авроралыюй зоне. Это смещение будет выражаться
из С16) и СЗв) с учетом того, что V^Ej/B^x) :
АЛ = ЛСЮ-ЛСЮ. = -А * X * BzCx), ■ С 7 ),
где А - коэффициент связи, определенный в (За). Используя
сохранение магнитного потока,можно также, соотнести широту
ACW) с широтой Л0, которая проецируется в точку XQ в
экваториальной плоскости. Интегрируя первое и третье
соотношения в С2а), находим:
- 32 -
Л„- ЛСТО = 2A ; ELCxJdx . С 8 ).
xo
Комбинируя (7) и С8), находим широту, на которой происходит
аыешшгаэ иона ACW):
Л0- ACW) = А [2 ; BzCx3dx - X В2Сх)] . С 9 ).
хо
Первый член в правой части (9) дает эффект дисперсии, вызванной самим ускорением, второй представляет эффект фильтрации по скорости во время прохода иона от далекого гвоста магнгтосферы до авроральной зоны на высоте спутника. )тметим, что даже для X=XQ частицы будут высыпаться на глроте ACWfl) = Л0+А * B2(xQ) < Л0, т. к. они испытывают сонвекцию за время прохода частицы от хвоста до авроральной юны.
Дисперсия энергия-сирота зависит от профиля В2(х) в [еосто иапштосфэрм. Это кояю показать, продифференцировав 9) по W:
dA А В.Сх)
м -Л-« (ВгСх) - xBzCx)] ? U0),
dV WCX) 2В2Сх) да B2Cx) = 3BzCx)/dX. Здесь ш взяли w'= -2W « В2/В2 .
Экспериментальные результаты, описанные в главе V, оказывает, что наблюдаются два различных типа VDIS в оответствии с наклоном дисперсионной кривой энергия-широта:
- "нормальные" VDIS, когда dW/dA >0; это характерно для большинства наблюдаемых структур;
- "аномальные" VDIS, когда dW/dA <0 ; такие структуры очень редки (три случая).
. - 33 -
Уравнение СЮ) показывает, что при обычной топологии В -поля в магнитосфере, когда BzCx) возрастает с X Ск Земле), dA/dW будет положительным и модель предсказывает, что в авроральной зоне должны наблюдаться VDIS с нормальной дисперсией. Аномальные VDIS могут быть объяснены в рамках данной модели только при условии, что в некоторой области хвоста В7 Сх) <0.
В работе рассмотрены различные аппроксимации формы В2Сх) в хвосте. Из измерений непосредственно в хвосте магнитосферы на 2Q-4QRr (по данным EXPLÛRER-33, ISEE-3) следует, что B2Cx)=BZQ* exptaxex-xQ)], где о ~ 0,005Rg. Тогда уравнение для дисперсии запишется как
A0- ACW.X) % С2* Ч'1/г > . СИ),
где С2= A [Bxo/a ][V0]1/2[ 2-аХ ].
На больших расстояниях по данным ISEE-3 получено, что
В2Сх)=В20Сх0)[х/х0]1с с' коэффициентом к=0,53. Взяв для
р
распределенного источника V0=2mi[Et>/BzCX0)] и зависимость
X/XQ=[V0/VO)]1/2, можно получить из уравнения С9):
X W
Ал- ACV/,X)= А * В_СХ)* —ICi-ЮС—°—3~аг~ -2]. С123 ° z k+1 WCX)
Можно отметить, что величина к может изменить кривую дисперсии энергия-широта в очень больших пределах, вплоть до изменения знака наклона этой кривой.
Как показывает сравнение эксперимента и модели "точечного" источника, большинство случаев VDIS укладывается в рамки простой модели. Однако существуют »VDIS, которые нельзя объяснить этой моделью.
Попытка интерпретации, таким образом, не может быть ограничена сравнением экспериментальных результатов с простой коделью, где могут изменяться только параметры XQ и Поэтому в работе привлекается также более сложная модель "распределенного" источника, в которой существует ускорение ионов в самом PSBL; сам этот механизм дает уже десперси» ионов по энергии в зависимости от В^ Сили )асстояния X), кроне того, существует также и дисперсия за •лат последующего дрейфа ионов из хвоста до авроралыюй юны.
Если В^Сх) описывается экспоненциальны!.« законом,
ттересно отмотать, что отношение С /С [С - из соотношения
11), С - из СЗз)] для частого дрейфа Е х В получается
:орлд::л С /С. % l-12/aXl. Если взять значение а из а » о
кспзриь-энтоз, то а s СО, 005-0,0075)Rg,и , если предположить конечпуп" точку зашода ионного пучка XQ=Í00RE, тогда 3/GJ * 3. Отсзда гаето заключить, что модель распределенного" источника приводит к тому же соотношению -Л,что я в СЗз), ко наклон будет мепькэ.чем дает СЗв).
Степэклой so закон для В^Сх), данный в соотношении С12), эжет дать разлачинэ коэффициенты наклона при разных качениях к. На рис.6 показаны дисперсионные профили при азных значениях индекса к: к = -0.3,к = -0.7, к = -2. ¡»отношение (12) указывает, что дисперсия непосредственно тисит от знака (к+1)/2к. Могшо заключить, что "нормальные" )IS-II Ст. е. W ❖ со , когда Л => Л0, по Л всегда меньше, чем ,) получаются из С12) при k < -1 и к >1.
- 35 -
Для всех VDIS-II был найден индекс к, который дае* подгонку кривых к экспериментальный значениям дисперсии; дл: большинства случаев k ~ -0,5 дает хорошее согласие < экспериментом.
На рис.6 показан такие профиль дисперсионной структура, когда В^ изменяется по экспоненциальному закону с а ■ О, Û05R^ , a также профиль для чистого эффекта скоростног фильтрации Е х В.
Рис.6 дает количественные оценки дисперсии. И; рассмотрения распределений дисперсионных профилей иош сделать вывод, что характер изменения В^ очень сильно влияем на ускорение ионов в далекой хвосте и также определяв' конечный профиль дисперсии. Можно также сделать вывод, чт( выбор реальных параметров для В^ (по прямым измерениям ] хвосте) дает хорошее согласие эксперимента и . модели.'
Структуры VDIS, наблюдаемые как "аномальные", когд; энергия не уменьшается, а возрастает с уменьшением Л соответствуют значениям индекса К 0<; К <1, т.е. в stoi случае профиль В^Сх) не является монотонным. Это може' происходить в достаточно специфических магнитных структура: в хвосте таких, например, как плазыоиды. ■■ ' ,
Однако существует еще один тип "аномальных" структу] VDIS-II (см.рис. 5): "серпо"видные" структуры. Такие структур! не могут быть объяснены в рамках кваз»-стационарной модел! "распределенного" источника даже с привлечением немонотонны: профилей В^(х). Более реалистическим объяснением кажется и: объяснение в терминах временного характера поведения облает)
- 36 -
ускорения в хвосте.
Во время главной фазы суббури топология поля в хвосте быстро меняется на )х|=15-20К£, результатом этого могут быть пучки ионов, ускоренных до больших энергий МэВ. Теория такого ускорения разработана Зеленым и др.. Энергичные всплески ионов генерируются индудированно в области ускорения с "обратной" скоростной дисперсией, которая наблюдается вблизи зоны ускорения в хвосте, при этом низкоэнергичные частицы приходят первыми к космическому аппарату, а высокоэнергичные участвуют в дальнейшей стадии процесса ускорения. Длительность всплесков составляет по порядку величины 30-200с, т.е. больше, чем время распространения ионов от источника к космическому аппарату. Но с увеличением расстояния такая "обратная" дисперсия превращается в "нормальную" из-за большой скорости энергичных понов.
Другим достаточно простым ' объяснением эффекта специфической "серповидной" дисперсии может быть наложение эффекта скоростной дисперсии для ветви низкоэнергичных ионов на эффект адиабатического ускорения в плазменном слое для ветви высокоэнергичных ионов. Однако адиабатический характер движения во время "брейк-ап" суббури кажется маловероятным.
Эффект ускорения электрическим полем совместно с эффектом фильтрации ионов по широте приводит к сложной функции распределения ионов на авроральных высотах. На рис.7 цано сравнение между функцией распределения, полученной из расчета Лайонсом и .Спайсером, и измеренными функциями
- 37 -
распределения в PSBL на 20R£ по данным ISEE в спокойный период (AE=68nT), а также /(V), опубликованной недавно Такахаши и Хоунсом. Все эти функции достаточно сильно варьируют. На рис. 7 также приведены функции распределения ионов для орбит 1613 и 5849 по данным "Ореол-3" (реконструированные из VDIS-ID. Можно отметить, что схожесть /(V) по данным "Ореол-3" в авроральной зоне и /СV) по данным ISEE приводит к заключению, что VDIS, детектированные на "Ореол-3", являются "автографами" пучков, обнаруженных в PSBL по спутникам ISEE-1, ISEE-2. Функция распределения для пролета 1613 фактически дает максимальные значения, тогда как /(V) для пролета 5849 - является типичной. Важно отметить, что эти функции достаточно точно предсказаны теорией, которая считает механизм ускорения ионов в нейтральном слое основным ! механизмом образования ионных пучков. ' i
На рис.7 видно, что порог регистрации на "Ореол-3" (указан 1 импульс отсчета) недостаточен»чтобы детектировать реально пучки ионов особенно Не++, приводимые Такахаши ' и Хоунсом для lORg. Это может также служить причиной относительно малой частоты появления VDIS-II на авроральных широтах (~ Í1H). ■'./■'.
Исследования VDIS-II на "Ореол-3" показывают, что"ионные пучки состоят из протонов - Н4, в некоторых редких случаях (как, например, на пролете 1704) поток ионов 0+ выше порога регистрации. На первый взгляд присутствие дочти во всех VDIS-II одних прогонов кажется довольно, странным, т.к. ;
- 38 -
многочисленные измерения подтверждают наличие 0 в магнитосфере. Продольные пучки 0+ часто наблюдаются в направлении к хвосту в плазменном слое, а также в PSBL и в долях хвоста с энергиям! от нескольких эВ до 1кэВ. Этот факт свидетельствует об ускорении ионосферных ионов и затем возвращении их к Земле вдоль PSBL, Можно назвать две причины отсутствия 0+ во VDIS-II:
- в далеком плазменном слое на 50-1OORg ■ , где
существует ускорение ионов, находятся в основном протоны солнечного и ионосферного происхождения;
- механизм ускорения действует более эффективно в экваториальной плоскости на легкие ионы Н+.
Действительно, плазменный слой пополняется за счет юпоэ пягакепкой мантии, з состав которой в основном входят фотоны. Мэханизм ускорения такго зависит и от массы ионов, \ к. финальная энергия ускоренных частиц, прямо ропорцпоиальна массам, участвующих' ионов. Для холодных онов Спри Bz=0,5nT, Е^=0, lSraV/n и бОюзВ - полная разность отеяциалов поперек хвоста на D=60RjO в далекой области воста магнитосфер« на 50-1001?£ получаются значения * 300км/с и тогда минимальная энергия эжектируемых энов W 1,9 кэВ' для Н+ и W-» 30 кэВ для 0+. Поэтому на Зреол-1" (верхний порог по энергии ROBE составлял 20 кэВ) жио ионы 0+ не могли быть зарегистрированы.
Кроме того, при ускорении в далеком нейтральном слое фморовекпо-радиусы Н+ и 0+ для приведенных выше энергий -дут соответственно \СН+) - 2RS и RJ0*} - 30RE, поэтому
- 39 -
расстояние, пересекаемое в хвосте в У-направлешш иошши О"'', равно порядка или больше размера самого хвоста (21^ & йбОКг, на расстояниях 60-701?£ как свидетельствуют данные Ферфильда, 19873. На расстояниях же 15-30Й£, где образуется область нейтрального слоя в периоды суббурь, ситуация для эжекции 0+ более благоприятна, так как Вг значительно больше, чем в далеком хвосте магнитосферы; поэтому ионы кислорода могут проходить от хвоста до авроральных широт.
В заключении изложены основные выводы диссертационной. работы, обоснована их практическая значимость.
Основные результаты по дискретным высыпаниям авроральных частиц заключаются в следующем:
1. Проведены эксперименты на спутниках "0реол-1, -2, -3" по программе АРКАД с разнообразной научной аппаратурой высокой чувствительности для измерения сьерхтепловых частиц, позволившие получить систематический количественный материал по . характеристикам высыпающихся сверхтепловых частиц в авроральной зоне.
* 2. Впервые экспериментально обнаружены диспергированные структуры ионов Н+ в авроральной зоне к экватору ,от "перевернутых V" в электронах, а также структуры ионов на экваториальном краю авроральной зоны в утреннем секторе МЬТ (позднее эти структуры были идентифицированы по данным спутников ОЕ-1 и ОЕ-2 как высыпания ионов 0+). Анализ этих структур приводит к заключению, что они образуются при ускорении Ионосферной плазмы под действием Ец-поля (\Ш1Б-1).
- 40 -
Такие пучки конов движутся из сопряженного полушария в зону 'наблюдения, испытывая радиальный дрейф Е х В. Энергия этих пучков меньше, чей энергия ускоренных электронов в структурах "перевернутого V". Модельные расчеты показывает хорошее согласно дисперсионных контуров структур; источник выноса ионов из ионосферы совпадает по широте с "перевернутыми V" в зоне наблюдения. На основе этих результатов делается вывод о замкнутости силовых ■ линий, содержащих "перевернутые V" структуры электронов, что доказывает принадлежность "перевернутых V" структур в электронах и дисперсионных структур ионов центральному плазменному слою CPS.
3. Большая чувствительность и , высокое временное разрешение спектрометров, использовавшихся в экспериментах, позволили впервые экспериментально обнаружить диспергированные по широте и энергии CAQ- Wt) структуры конов н\ Не++ 3-20 кэВ к полюсу • от "перевернутых V". Найденные характеристики структур приводят к выводу, что они являются ионосферными "автографами" пучков ионов «агнитосферного происхождения, приходящих из области нейтрального слоя (погруженного в пограничный плазменный ыгоЯ PSBL) с расстояний 50-100 Rg.
4. Выявлены различные типы структур VDIS-II, сличающиеся дисперсией энергия - широта. Проведена итассификация структур на "нормальные" (энергия W юзрастаот с. увеличенном инвариантной широты Д ) и два типа 'аномальных" структур: двухветвевыо (с положительной и
- 41 -
отрицательной зависимостью А0Э и серповидные (энергичнее ноны с WL>3 кэВ с отрицательной, а менее энергичные - с положительной зависимостью A 3.
5. Статистический анализ структур VDIS-II приводит к выводу, что их появлений не зависит от магнитной активности, а является фундаментальным свойством мапштоейери генерировать эти пучки из PSBL.
6. Построены модели "точечного" и "распределенного" источников в хвосте магнитосферы и проведено сравнение экспериментальных результатов с модельными расчетами. Нормальные и аномальные двукветвевые структуры объясняются в рамках этих моделей, показывающих, что VDIS-II имеют пространственную структуру. Серповидные структуры но могут быть объяснены в рамках этих моделей источника в PSBL; они имеют, по всей видимости, временнуа структуру. Проведено сравнение этих серповидных структур с оценочной модельи развития "тиринг-неустойчивостк" в хвосте магнитосферы во время суббурь и получено' удовлетворительное согласие эксперимента и модели.-
щ7. Характеристики VDIS,-II показывают,-что пучки ионов генерируются в PSBL, таким образом, делается вывод о -возможности нахождения "трассеров" для определения естественных границ между CPS и BPS/PSBL.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ГО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ* 1. Ловражкмн P.A. ..Структура высыпаний авроралъных протонов, Космические исследования, т.XIV, вып.I., 53, 1976. .
- 42 -
2. Дхордиго Н. В., Ковражкин Р. А. Od источниках протонов дневной авроральной зоны. Космические исследования, т. XIV, вып. 2, 230, 1976.
3. Гальперин Ю. И., Ковражкин Р. А. О распределешт энергичных частиц в магнитосфере и областях их вторжения
в полярную ионосферу, Сб."Полярная магнитосфера и . шпштосферно-ионосферные связи", ПГИ АН СССР, 59, 1978.
4. Усиков D.H., Веревкин A.A., Гальперин Ю. И., Горн И. С., Ковражкин Р. А., Применко Г. И., Эстулин И. В. Исследование характеристик сциитилляционного детектора протонов средних энергий, ПР-446 ИКИ АН СССР, 1979.
5. Джорджио Н, В., Ковражкин P.A., Скницыи В.М. Всплески энергичных протонов на полярном . крап утренне -преполуденноя части авроралыюго овала, Тезисы доклада на симпозиуме КАПГ по солнечно-земной физике СССР, г.Ашхабад, И. "Наука", 1979.
6. Коваленко В. Г., Ковражкин Р. А. , Леин Э. Я., Поленов Б. В. , Темный В.В..Хазанов Б.И. Электростатический спектрометр заряженных частиц, Авторское свидетельство N286855 Официальный бюлл., ОИГОТЗ, 1971, N36.
7. Зеленый Л. И., Ковражкин Р. А., Маслов В. Д. , Тактакишвили А. Д. , Боске' Ж. М. Ионосферные автографы взрывного пересоединения в хвосте магнитосферы при суббуре, Абстракты КОСПАР, Финляндия, 9.1.Р.14, 127, 1988.
8. Джорджио II. В., Ковражкин Р. А., Синицнн В. М., Сово Ж. А. , Краньо Ж; Наблюдение эффектов дрейфа энергичных протонов со спутника "Ореол-2", Пр-671, ИКИ АН СССР, Москва,1981.
- 43 -
9. Горн Л. С, , Уша Е. Б., Тепляков С. А. ; Гальперин Ю. И., Ковражкин Р. А., Шифрин А. В.» Прибор для измерения энергических распределений электронов и протонов средних энергий, В книге "Вопросы атомной науки и техники", М. .Энергоиздат, 1982.
10. Ковражкин Р. А., Болюнова А. Д. , Кранье Ж., Муала К., Сово Ж. А., Тотунова Г.Ф., Федорова Н.И. .Диффузная авроральная зона, Космические исследования, т. XIX, вш. 6, 919, 1981.
11. Ковражкин P.A. , Динамика плазмы в авроралыюй магнитосфере, В трудах семинара "Плазменные процессы в магнитосфере Земли", Пловдив-82, Стара Загора, Болгария, 143, 1984.
12. Титова Е. Е., Ковражкин Р. А., Юров В. Е., Могилевский М. М. , Молчанов 0. А., Мишин Е. В.', Шибаев И. Г., Гальперин Ю. И, , Маслов В. Д., Джорджио Н. В., Бертельо Ж., Боске Ж. М., Лефевр Ф., Рем А.Беген К. < Мелкомасштабная структура электрических полей и потоков авроральных ■частиц по данным эксперимента "АРКАД-З"', Тезисы доклада
на IV Международном симпозиуме по физике ионосферы и »
магнитосферы Земли и солнечного ветра, г.Львов, 11-17, 44, 1983.
13. Гальперин Ю. И., Ковражкин P.A., Могилевский М.М., Титова Е. Е., Сово Ж. А. , Боске Ж. И., Рем А., Бертелье А. Бертелье Ж.Ж., Лефевр Ф., Взаимосвязь распределений низкоэнергичных электронов, ионов, продольных токов и волн в утреннем секторе диффузной авроралыюй . зоны. Тезисы доклада на IV Международном симпозиуме по физике
, - 44 -
ионосферы и магнитосферы Земли и солнечного ветра, г.Львов, 11-19, 46, 1983.
14. Гальперин Ю.II., Ковражкин P.A. , Боске Я.М., Рем А. , Сово . Я. А./ Основные свойства высыпающихся низкоэнергетичных частиц на высоких широтах по данным спутника "Ореол-3", Тезисы доклада на IV Международном симпозиуме то физике ионосферы и магнитосферы Земли и солнечного ветра, г.Львов, 11-23, 47, 1983. ;
15. Коваленко В. Г., Ковражкин Р. А., Лисаков Ю. В. , Поленов Б. В. . Компоненты фона спектрометра заряженных частиц малых энергий при измерениях в космическом пространстве, Космические исследования, вып. N4, 642, 1986.
.6. Боске Ж. М., Ковражкин Р. А. •. Наблюдения касла на низких высотах при северном ММП, Тезисы докладов симпозиума "Полярпыо геомагнитные явления", N3, 35, 100, ССуздаль, май, 1S8S).
7. Ковражкин Р. А. , Джордкио Н. В., Мопшевский М. М. , Чмырев В.Н., Молчанов 0.А. , Гальперин В.П., Боске Ж.М., Рош Ж. Л. , Ускорение ионов приземной плазмы под действием излучения наземного низкочастотного передатчика, Письма в ЮТФ, т, 46, вып. 8 , 322, 1987,
3. Ковражкин Р. А,-, Боске J. М. , Зеленый Л. М, , Джорджио Н. В., Обнаружение .свидетельств пересоедииения и ускорения плазмы на расстояниях 0,5 млн. км. в хвосте магнитосферы Земли, Письма в ЖЭГФ, т. 43, вып.8 , 377, 1987.
!. Ковражкин Р. А., Боске Ж. М., Беленый Л. М, ■ Ионосферные проявления процессов ускорения и нагрева плазмы в
- 45 -
магнитосферном хвосте, Тезпси доклада на совещании "Математические модели ближнего космоса", 68, М. , 1988.
20. Crasnier J., Sauvaud J. A., Galperin Yu. I. , Kovrazhkin R. A., Mesures in situ a bord du satellite Aureole des protons.auroraux durant des périodes madnetiques calmes, AnnaL-es de Geophysique, v.30, n.3, 337, 1974.
21. Galperin Yu. I., Kovrazhkin R. A., Ponomarev ~Yu. I., Crasnier J., Sauvaud J.A,, Pitch-anglo distribution of auroral protons, Annales do Geophysique, v. 32, n. 2,109,1976
22. Galperin Yu. I., Jorjio U.V., Kovrazhkin R. A., Cambou F., Crasnier J., Sauvaud J. A., On the origin of auroral protons at day-side auroral oval,Annales de Geophysigue, v. 32, n.2, 117, 197S.
23. Galperin Yu.I., Kovrazhkin R. A., Gladyshev V.A., Jordjlo N. V., Crasnier J., Sauvaud J.A., Convection Induced Adiabatic Acceleration of Plasma-sheet Protons as
. Observed Above Auroral Proton Band, EOS, v.58, n.8, GA-16S, 721,1977.'
24. "Galperin Yu.I.; Kovrazhkin R.A., Gladyshev V.A., Jordjio
N. V. , Cambou F., Sauvaud J.A., Crasnier. J., Adiabatic Acceleration Induced by Convection in the Plasma-sheet, Journal of Geophysical'Research, v. 83, n.A6 , 2567, 1978.
23. Galperin Yu.I., Kovrazhkin R.A., Ponomarev Yu.I., Pitch-angle • distribution of auroral protons, IAGA Bulletin, n.36, SM-14-36, Grenoble, 299, 1975.
26. Sauvaud J. A., Crasnier J., Mouala K., Jorjio N. V.,
- 46
Kovrazhkin R. A., Morning sector ion precipitation following substorm injection. Jour. Geophys. Res., n.A8, v.86, 3430, 1981. .
27. Galperin Yu. I., Ainbund M. R., Bolunova A.D., Gladyshev V.A., Jorjio N. V., Khazanov B.I., Kovalenko V.G., Kovrazhkin R.A., LisaJcov Yu.V., Polenov B.V., Ponomarev Yu. N., Shifrin A.V., Shuiskaya F.K., Usha E.B., Bosqued J. H., Sauvaud J. A., Suprathermal plasma and energetic particle measurements aboard the AURE0L-3 satellite, Ann.Geophys. ,t. 38, fasc.5. 583, 1982.
28. Bosqued J.M,, Barthe H., Coutilier J., Crasnier J., Cuvllo J., Medale J.L., Reme H., Sauvaud J. A., Kovrazhkin R.A., The low energy electron and Ion spectrometers on tho AUREOL-3 satellite the SPECTRO experiment, Ann. Geophys., t.38, fasc.S, 567, 1982.
29. Bosqued J. M., Sauvaud J. A,, Reme H., Bertheller J. J., Gladyshev V, A., Galperin Tu. T., Kovrazhkin R. A., AUREOL-3 Charged Particle Measurements in the Cusp, IAGA Bulletin ft. 48, Hamburg, FRG, 296, PE.27, 1983.
10. Sauvaud J. A., Reme H., Bosqued J. M., Bertheller J.J., Bertheller A., Lefeuvre F., Kovrazhkin R.A., Galperin Yu. I., Hogilevsky M.M., Titova E.E., Initial AUREOL-3 Results on Ihs Distribution of Electrons, Ions Field-Aligned Currents and Waves in the Morning sector of the Diffuse Auroral Zona, IAGA Bulletin n.48, Hamburg, FRG, PE. 28, 296, 1983.
1. Bosqued J.M., Sauvaud J. A., Reme H., Roux D., Galperin
- 47 -
Yu.I., Kovrazhkin R.A., Gladyshev V.A., AUREOL-3 Charged Particle Measurements in the Polar Cusp, Report CESR-83, 1087,1983.
32. Crasnier J., Sauvaud J. A., Cambou F., Gladyshev V. A., Galperln Yu.I., Kovrazhkin R.A., Global Pattern of Auroral Ion Precipitation: A Review of the Results from the AURE0L-1 and AUREOL-2 Satellites, Journ.Geophys., 52, 150, 1983.
33. Bosqued J.M., Galperin Yu.I., Kovrazhkin R.A., Ponomarev Yu.H., Reme H., Sauyaud J. A., Shuiskaya FX , Particle and Optical Measurements Aboard the AUREOL-3 Spacecraft /Arcad 3 Project/ The Particle Experiments, Adv. in
' Space Res., v. 2, n.7, 81, 1983. :
34. Bosqued J.M., Sauvaud J.A., Ren© H., Kovrazhkin R.A., KeV Ion Presipitation in the- Horning Sector of the Auroral Zone, Abstracts for E.G.C., Leeds, England, EOS, y.63, n. 51, 1317 , 20.03, 1982. ]
35. .Crasnier J., Sauvaud J. A., Kovrazhkin , R. A., Gladyshev V.A., Global pattern of auroral Ion Preslpitation as Deduced from the ARCADE-i and ARCADE-2 experiments, Abstracts for E. G. C., Leeds, England, EOS, v. 63, n.51, 1317, 1982. ;
36. Jorjlo N. V., Kovrazhkiri R.A., fogilevsky M.M., Bosqued J.M., Reme H., Sauvaud J,A. , Beghin C., Rauch L.L., Evidence for the Acceleration of 0+ Ions Inside the Plasmosphere, XXV COSPAR, Abstracts, Graz, Austria, 9.2.4, 154, 1984.
37. Bosqued J. M., Sauvaud J. A., Rema H., Crasnler J., Kovrazhkln R. A., Roux D., Galperin Yu. I. ,Gladyshev V. A., Evidence for Ion Energy Dispersion in the Polar Cusp Related to a Northward Direction IMF, Adv. Space Res.,v.S, n. 4, 149, 1983. 38.. Sauvaud J. A., DelcourlD., Bertheller J. J., Lefeuvre F. , Rauch J.L., Kovra2hkin R. A., Galperin Yu. I., MogileYsky M.M., TltovaE. E., Positive Ion Distributions in the Warning Auroral Zone: Local acceleration and drift effects, Adv. Space Res., v.5, n. 4, 1985, 39. Bosqued J.M,, Maurel C. , Peine H. , Sauvaud J. A. , Galperin Yu. I., Kovrazhkln R. A. , Statistical Study of Inverted-V Events, Adv.Space Res., v.5, n.4, 135, 1985. iO. Bosqued J.M. , Maurel C., Sauvaud J. A., Galperin Yu.I., Kovrazhkln R.A., Statistical study of Auroral electron precipitation structures detected by the Aureol-3 satellite, Results of the ARCAD-3' project and of the recent programmes in magnetospheric and ionospheric physics, Cepadues-Editlons, 37, 1983.
1. Beghin C., Bosqued J. M., Sauvaud J. A,, Maurel C., Kovrazhkln R. A., Simultaneous measurements of thermal electron density-temperature and low energy precipitating electron fluxes In topside ionosphere, Results of the ARCAD-3 project and the recent programmes in rcagnetcspheric and ionospheric physics, CepaduesrEdltions, 49, 198S.
Bosqued J.M., Delcourt D., Beghin C., Maslov V.,
- 49 -
Kovrazhkin R.A., Khalipov V.L. , Berthelier J., Injection of low-energy ions during geomagnetic storms, Results of the ARCAD-3 project and of the recent programmes in magnetospheric and ionospheric physics, Cepadues Editions, 219, 198S.
43. Reme H., Bosqued J.M. , Sauvaud J.A. , Rous D. , Kovrazhkln R.A., Shuiskaya F. K. , Evidence for high latitude Ionospheric ion acceleration, Results of the ARCAD-3 project and the recent programmes in magnetospheric and ionospheric physics, Cepadues-Editions, 367, 1983.
44. Utova E.E., Mogilevsky M. M., Molchanov O.A., Shibaey A. A., Galeev A. A., Galperin Yu. I., Jorjlo N. V., ' Kovrazhkln R,A., Krasnoselskikh V., Volokitin A.S. , Zeleny L.M., Bosqued J.M., Berthelier J. J., Berin C, , LsfeuYre F., Small scale of structures of electric field variations and particle precipitations as observed onboard Aureol-3 satellite, Results of the ARCAD 3 .project programmes in magnetospheric ; and ionospheric physics, Cepadues-Editions, 447, 1983.
43. Perraut S., Fontaine D. , Cornilleau-Wehrlin N., Bosqued J.M. , Alcayde D., Korth, Kremser G., Kofman % , Kovrazhkin R.A., Energy spectra of electrons precipitating above thé Eiscat area. Comparison with Arcad measurements, Results of the ARCAD 3 project and of the recent programmes In magnetospheric and ionospheric physics, Cepadues-Editions, 819; 1985.
46. Bosqued J.M., Maurel C. , Sauvaud J. A., Galperin Yu.I., .
. - 50 -
Kovrazhkin R.A., Observation of Auroral Electron Inverted-V Structures by the AUREOL-3 Satellite, Planet. Space Sei. , v. 34, n.3 , 259, 1986.
17. Bosqued J.M. , Sauvaud J. A., De 1 court D., Kovrazhkin R.A. , Precipitation of Suprathermal Ionospheric Ions Accelerated in the Conjugate Hemisphere, Journ.6eophys.Res., v. 91, n.A6, 7006, 1986.
>3. JorJloN.V. , Kovrazhkin R. A., Mogllevsky M. M, , Bosqued J.M., Ren© H., Sauvaud J. A., Beghin C., Rauch J.L., Detection of Suprathermal Ionospheric 0+ Ions Inside the Plasmasphere, Adv. Space Res., v. 5, n.4, 141, 1985.
•9. Chrayrev V. M., Berthelier A., Berthelier J.J., Bosqued J.M., Jorjio N. V., Kovrazhkin R.A., Galperin Yu. I., Beghin C., Mogilovsky M.M., Blllchenko S.V., Molchanov O.A., Non-linear Alfven wave generator of auroral particles and ELF/VLF waves. Planetary ' and Space Science, v. 37, n.6, 749, 1989.
0. Taktdkishvili A.D., Zelonyi L.M., Kovrazhkin R.A., Bosqued J.M. , Temporal structure of the energetic particle bursts in the Earth's magnetotail, Preprint IKI AN USSR, 1989.
1. Zelenyi L. M., Kovrazhkin R.A., Bosgued J.M., Velocity-Dispersed Ion Beans in the Night side Auroral Zone: AUREOL-3 Observations, Jour.Geophys.Res., v.95, 12119, 1990.
С-| а.
ы
© ©
1'1ч '
I'
ИСТОЧНИК
:И0НЫ С В 3
X!
СОПРЯЖЕННАЯ ПОЛУСФЕРА
I
и
<м
ю
я
Я I
о а.
ш ■
а.
а э а)
3
I эшагору
ШРОТА
ОРЕОЛ-3
27.08.1902
С1ГГ0К 3671
~1-!-1-Г
I—|—Г
I Г I-Г
0154:12- 0155:10 иТ АН: 1860 ХМ
(1) (2)
н+ Н*
300 32 5 т/5
Д| = 66.18 66.20
0.25 0.25 с)ед.
3500 3500 «V
и-1_и
III I I
Л_1_
А/1_АТ64.50 М1Т 5.76
65.00 5.72
65.50 5.67
66.00' 5.62
Ряс,¿ Сравнение эксперимента <.\Щ2-П с расчетными контурами.
- 53 -
Рис.3. Экспериментальное и модельное распределения ТО13-1 ¥ = /СЛ0. МШ.
- 54 -
>
о
1.0
0.75
0.50
0.25 0.75
0.50
0.25 0.75
0.50 .
0.25 0.75
0.50
0.25
Hv He+* Не» О*
U И
10° :
10
10
10
10
10
10
10.
10"
5 -
-
- 4.2 KeV
m 1946М9 UT
in 11 S .. t ,1 .....1. _ „
6.2 KoV 0024:09 UT
'i'''
Юб :
10
10
4 -
72
HAT (DEG.Î
?ио.4. Зависимость анергия-широта и массовый состав "нормальных" VDIS-II.
- 55 -
О 10 20 30
'■КАПАЙ ПО НЛССЕ"
ч
>
о
л
1.0
0.75
74 75 75
~I-1-1-1-1—
ОПВ1Т 1699
0.50 _
0.25 2
:.......
ыг
«Л 2
Н* Не*+ Не+ О*
и и и V
10
. 1
10
' ' ' ' ~~ ' О 10 67 ее . 69 V
1.2 НеЧ 1408123 иг
-I_I . .. Г_I , „I
10
10
10
-Д.
2.94 КоУ 12200:36 ЦТ
I.,. I ,,. I_I,,., .л.
67 ' 68
. н-лт(ОЕа)
ШЛЯ ПО ПАССЕ
Рис.5. Зависимость анергия-широта и массовый состав "аномальных" Шй-П.
- 56 -
ПОР;1!!ГОВЛШ!ЛЯ ЭНЕРГИЯ 10!ЮЗ W /
•lö11
10
■12
ÎMO
« s
a м
te >.
о-
■13
10
10
;15
n , f I-m-JI-f—, -¡-(TTIT1-¡-ПТГГГ
IMiHUC НУЧЛИ ■ С С'РЕСЙ-З 1
^ -f- (H! LUT 1С 13
Hb pnaiTCP-iD
10'
prnm sheet Bouimin lûlilt . \
JISEElctîOHE
- Easlmane[a!.[ie8bJ
- ..a— Day05, 190O(1624 . —o— DayÖS, 1900(1613
' ISEE2 В110.5ПП . . -H— TakahashI end Monos JISOO)
-SIMULATIONS
----Lyons end Spolsor [1802]
j-l.i i i uli
I A3:1-count lavât |
t. i I I 1.11
10
10"
10-
Э 11. В P Г И Я С 3D 3
Рис. T. 'Jpaauemie экспериментальных и расчетных функции распределения.
