Механизмы генерации электромагнитных и потенциальных волн в околоземной плазме тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.03 ВАК РФ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ГОЛОВНА АСТРОНОМІЧНА ОБСЕРВАТОРІЯ

на правах рукопису

Фалько Ольга Георгіївна -Г-----

УДК 550.388

МЕХАНІЗМИ ГЕНЕРАЦІЇ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ТА ПОТЕНЦІАЛЬНИХ ХВИЛЬ У НАВКОЛОЗЕМНІЙ ПЛАЗМІ

01.03.03 - геліофізика і фізика сонячної системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізнко-математичних наук

Київ-2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському Національному університеті імені Тараса

Шевченка.

Науковий керівник: доктор фізпко-математичних наук, професор Юхимук Адам Корнилович,

Головна астрономічна обсерваторія НАН України, завідувач відділом фізики космічної плазми.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Черногор Леонід Феоктістович, '

Харківський державний університет, професор;

кандидат фізико-математичних наук Кришталь Олександр Нектарійович,

Головна астрономічна обсерваторія НАН України, старший науковий співробітник.

Провідна установа: Радіоастрономічний інститут НАН України, відділ декаметрової радіоастрономії, м.Харків

Захист відбудеться “ /4 ” 2000 р. на засіданні Спеціалізованої

вченої ради Д26.208.01 при Головній астрономічній обсерваторії НАН

України за адресою: ГАО НАНУ, Голосіїв, Київ-127,03680.

Початок засідань о іО годині.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ГАО НАНУ за адресою:

ГАО НАНУ, Голосіїв, Київ-127,03680.

Автореферат розісланий “_____”____________2000 року. .

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради, кандидат фізико-математичних наук

Гусєва Н.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ______________________

Актуальність теми.

З моменту відкриття магнітосфери - плазмової оболонки Землі та сонячного вітру накопичена велика кількість експериментальних даних про плазмові процеси, які протікають в навколоземному середовищі. Характерною особливістю навколоземної плазми є те, що вона знаходиться в магнітному полі, де крім теплових частинок присутня значна кількість надтеплових іонів та електронів. Оскільки навколоземна плазма не знаходиться в стані термодинамічної рівноваги, в ній постійно виникають локальні нестійкості, які призводять до генерації різноманітного типу коливань і хвиль в широкому діапазоні частот та хвильових векторів. Хвильові процеси відіграють головну роль в багатьох фізичних явищах, які протікають в магнітосфері Землі і планет, навколоземному та міжпланетному просторі, на Сонці. Так наявність дрібномасштабних рухів призводить до змін властивостей середовища, в якому протікають макропроцеси ( це проявляється в зміні коефіцієнтів теплопровідності, в’язкості, дифузії, електропровідності).

Колективні плазмові явища визначають структуру і динаміку сонячного вітру і його взаємодію з земною магнітосферою. З хвильовими процесами також пов’язані такі проблеми, як нагрів та прискорення заряджених частинок плазми та їх висипання з радіаційних поясів Землі, нерівноважне радіовипромінювання Сонця та планет, перенесення енергії в системі Сонце-Земля та ряд інших проблем фізики космосу.

Останнім часом різко зріс інтерес до нелінійних процесів в навколоземній плазмі. Це зумовлено тим, що були отримані нові результати як при проведенні космічних експериментів в магнітосфері Землі, так і за допомогою впливу потужного наземного радіовипромінювача на іоносферну плазму. Так, в експериментах по нагріву іоносфери часто спостерігається повторне електромагнітне випромінювання, яке називають вимушеним електромагнітним випромінюванням [1]. Спектр цього випромінювання має дуже багато характерних особливостей. Підсилення плазмових хвиль в іоносфері на частотах, близьких до локальної електронної ленгмюрівської частоти, спостерігалось і в нагрівних експериментах в Аресібо [2]. Дані супутникових спостережень свідчать, що в магнітосфері Землі генеруються різного типу хвилі природнього походження. В роботах [3,4] при аналізі супутникових спостережень були виявлені електромагнітні хвилі, частота яких . близька до електронної ленгмюрівської частоти. В цій же області магнітосфери також були виявлені електростатичні хвилі з частотами, близькими до

верхньогібридної частоти. Ці дані спостережень свідчать про тісний зв’язок між цими типами хвиль.

Одним з найбільш розповсюджених типів хвиль у навколоземному просторі є вістлери ( свистячі атмосферики ). Дані супутникових спостережень свідчать, що одночасно з вістлерами спостерігаються і нижньогібридні хвилі. Причому, нижньогібридні хвилі як правило з’являються відразу ж після реєстрації свистячих атмосфериків, що вказує на тісний зв’язок між цими типами хвиль.

Загальноприйнято вважати, що багато електромагнітних явищ штучного та природнього походження в навколоземній плазмі пов’язані з нелінійними параметричними процесами. Нелінійні параметричні процеси відіграють також важливу роль у динаміці сонячного вітру і в короні Сонця. З ними пов’язані такі явища, як сонячні радіоспалахи третього типу, мілісекундні сонячні радіоспалахи, радіовипромінювання Юпітера та інші геліофізичні явища Виходячи з цього, нелінійні параметричні процеси є широко розповсюдженим явищем в космічних умовах. Тому ця проблема є актуальною і їй постійно приділяється багато уваги [5-7]. Проте багато цікавих явищ, які пов’язані з нелінійною параметричною взаємодією хвиль у навколоземній та космічній плазмі, ще не достатньо вивчені.

До таких явищ можна віднести такі: тонка структура вимушеного електромагнітного випромінювання під час нагрівних експериментів в іоносфері Землі; тонка структура радіовипромінювання Сонця під час потужних спалахів; тонка структура радіовипромінювання пульсарів; механізми генерації електромагнітних та потенціальних хвиль в навколоземній та космічній плазмі; нелінійний зв’язок між різними типами коливань та хвиль; трансформація магнітогідродинамічних альвенівських хвиль у магнітозвукові та акустичні хвилі; нагрів сонячної корони та багато інших явищ. У даній дисертаційній роботі основна увага приділяється вивченню нелінійних параметричних процесів у навколоземній плазмі, хоча отримані теоретичні результати можуть бути використані для пояснення фізичних явищ як на Сонці і Юпітері, так і на інших космічних тілах.

Зв’язок роботи з науковими програмами, плавами, темами

Викладені в дисертації результати були отримані при виконанні робіт по науковій темі кафедри астрономії та фізики космосу Київського Національного університету ' імені Тараса Шевченка ( № держресстрації: 01.97 и 003061 ) та міжнародного супутникового проекту “Інтербол”.

Мета дослідження ________________

---Метою- дисертації с дослідження нелінійної параметричної

взаємодії хвиль та механізмів генерації електромагнітних та потенціальних хвиль у навколоземній плазмі. Зокрема, вивчення впливу теплових ефектів іонів та інерції електронів в динаміці альвенівських хвиль на їх нелінійну параметричну взаємодію з іншими хвилями; дослідження зв’язку між вістлерами та нижньогібридкими хвилями у навколоземній плазмі; побудова теорії низькочастотного глектромагнітного випромінювання в магнітосфері Землі; дослідження механізмів генерації інерційних та кінетичних альвенівських хвиль в навколоземному середовищі; вивчення розсіяння електромагнітного випромінювання на низькочастотних флуктуаціях в іоносферній плазмі.

Наукова новизна результатів роботи

Завдяки врахуванню скінченності ларморівського радіусу іонів та нерції електронів в динаміці альвенівських хвиль були отримані нові <анали розпаду хвиль, що дало можливість пояснити цілий ряд фізичних явищ, які спостерігаються в навколоземній плазмі, але трирода яких ще не достатньо вивчена. До таких явищ відносяться тступні:

в механізми генерації низькочастотного електромагнітного випромінювання в магнітосфері Землі;

» механізми генерації нижньогібрвдних хвиль в магнітосфері Землі;

• механізми збудження кінетичних та інерційних альвенівських хвиль в іоносфері та магнітосфері Землі;

• розсіювання електромагнітних хвиль на низькочастотних флуктуаціях у навколоземній плазмі.

Практичне значення одержаних результатів Отримані теоретичні результати вносять певний вклад до теорії [слінійної параметричної взаємодії хвиль. Крім цього, за допомогою ітриматгх нових результатів дано пояснення ряду фізичних явищ, які постерігались за допомогою супутників, але природа яких ще не ідома. Крім того, результати можуть бути використані в майбутньому к для пояснення даних супутникових спостережень, так і при шануванні нових запусків супутників. Наукові результати можуть икорисговуватись в Харківському державному університеті Міносвіти 'країни, Київському Національному університеті імені Тараса ІІевченка, Інституті космічних досліджень НАНУ і НКАУ,

Радіоастрономічному інституті НАНУ, Інституті іоносфери НАНУ і Міносвіти України та в інших наукових установах України, де проводяться дослідження навколоземного та космічного простору.

Особистий внесок здобувача

Здобувай приймав активну участь у виконанні всіх наукових робіт, опублікованих по темі дисертації: участь у постановці задач; проведенні аналітичних та чисельних розрахунків; аналізі отриманих результатів; написанні статей.

Апробація результатів днсертації

Результати дисертаційної роботи доповідались на:

• 23-й конференції Европейського фізичного товариства по керованому синтезу і фізиці плазми ( 23-rd EFS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics ), Київ, 1996;

• міжнародному симпозиумі “ПЛАЗМА - 97” ( PLASMA - 97 International Symposium), Ополе, Польша, 1997;

• 8-й Науковій асамблеї по геомагнетизму та аерономії ( 8-th Scientific Assembly of IAGA with ICMA and STP Symposia ), Упсала, Швеція, 1997;

• 23-й Генеральній асамблеї Европейського геофізичного товариства ( XXIIIEGS General Assembly ), Ніцца, Франція, 1998;

• 18-му Симпозіумі по фізиці плазми та технології ( 18-th Symposium on Plasma Physics and Technology ), Прага, Чехія, 1997;

• 22-й Генеральній ассамблеї міжнародного союзу по геодезії та геофізиці (XXIIIUGG General Assembly), Бірмінгем, Англія,1999;

• 26-й Генеральній асамблеї міжнародного радїосоюзу ( XXVI General Assembly of the International Union of Radio Science ), Торонто, Канада, 1999;

• міжнародному семінарі Інтербол ( International Symposium of Interball), Київ, 2000;

• семінарах кафедри астрономії та фізики космосу Київського Національного університету ім. Тараса Шевченка;

• семінарах відділу фізики космічної плазми Головної астрономічної обсерваторії НАН України.

Публікації

Основні результати дисертації опубліковано у 12 друкованих роботах.

Структура та об’єм дисертації

___ Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів,

висновку та списку використаних літературних джерел із 153 найменувань, містить 112 сторінок друкованого тексту.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі роботи описано сучасний стан проблеми та проведено огляд літератури по нелінійним параметричним процесам у навколоземній плазмі. Наведені дані супутникових та наземних експериментів про хвильові процеси у навколоземному космічному просторі та стисло приведений зміст: роботи.

Першнй розділ дисертації присвячений розробці теорії низькочастотного електромагнітного випромінювання у магнітосфері Землі. При аналізі багатьох супутникових спостережень було встановлено, що у магнітосфері Землі на висотах (4-ьб )ЛЕ ( і^е - радіус Землі ) збуджуються електромагнітні хвилі з частотами близькими до електронної ленгмюрівської частоти. Крім цього, було встановлено, що в області джерела генерації електромагнітного випромінювання постійно існують і електростатичні верхньогібридні хвилі. Ці дані вказують на тісний зв’язок між верхньогібридні гми та електромагнітними хвилями. З метою вивчення зв’язку між цими хвилями нами розглянуто нелінійну параметричну взаємодію між верхньогібридними, кінетичними альвенівськими хвилями та електромагнітними хвилями. В якості хвилі накачки розглядається верхньогібридна хвиля, яка може збуджуватись як за рахунок енергійних потоків заряджених частинок, так і інших мехаііізмів генерації. Суть цього механізму полягає в тому, що поле електромагнітної хвилі, складаючись з полем верхньогібрвдної хвилі накачки, призводить до повільної модуляції інтенсивності поля та виникнення повдеромоторної сили. Пондеромоторна сила діє на електрони плазми та підсилює низькочастотні кінетичні альвенівські хвилі, які, в свою чергу, модулюють хвилі накачки та підсилюють наростання електромагнітної хвилі. У наближенні двохрідинної магнітної гідродинаміки отримано нелінійне рівняння, яке описує взаємодію верхньогібридної хвилі, кінетичної альвенівської хвилі та електромагнітних хвиль, які розповсюджуються як вздовж, так і поперек геомагнітного поля. Отримане рішення цього рівняння та знайдено інкремент та час розвитку нелінійного процесу. Показано, що врахування скінченності ларморівського радіусу протонів суттєво впливає на розвиток цього нелінійного процесу. Знайдені також оцінки

для порогових умов, які показують, що такий нелінійний процес можливий в умовах магнітосферної плазми. Показано, що генерація лівополяризованої електромагнітної хвилі відбувається значно швидше, ніж звичайної електромагнітної хвилі, що підтверджується даними спостережень. Отримані теоретичні результати свідчать про те, що верхньогібридні хвилі є джерелом енергії для збудження низькочастотного електромагнітного випромінювання у магнітосфері Землі, яке спостерігається за допомогою супутників. Отримані результати можуть бути використані для пояснення природи повторного електромагнітного випромінювання, яке називають вимушеним електромагнітним випромінюванням [1,2].' Як відомо, електромагнітна хвиля, яка створена наземним потужним радіопередавачем, при розповсюдженні в іоносферній плазмі може генерувати верхньогібридні хвилі [8]. Останні, внаслідок параметричної взаємодії з кінетичними альвенівськими хвилями, можуть генерувати повторне електромагнітне випромінювання, яке спостерігається на поверхні Землі. Результати даної теорії можуть бути також використані для пояснення Б-радіовипромінювання Юпітера та сонячних радіоспалахів ІІІ-го типу, де відбуваються аналогічні нелінійні процеси.

У другому розділі проведено дослідження зв’язку між свистячими атмосфериками (вістлерами) і иижньогібрадними хвилями та генерації нижньогібридних хвиль у навколоземній плазмі. Вістлери є одними з найбільш розповсюджених типів хвиль у навколоземному середовищі. Вони збуджуються грозовими розрядами ( спалахами блискавок ), потоками швидких електронів та іонів, а також за рахунок анізотропної функції розподілу заряджених частинок магнітосферної плазми, яка виникає внаслідок конуса втрат. Ці хвилі відіграють важливу роль в' магнітосфері Землі, сонячному вітрі та сонячній короні. Тому вивченню їх нелінійної взаємодії з іншими хвилями приділяється велика увага Дані супутникових спостережень показують, що існує тісний зв’язок між вістлерівською модою та нижньогібридними хвилями в магнітосферній плазмі, але природа цього явища ще не достатньо досліджена. В роботі запропоновано новий механізм, який пояснює зв’язок між вістлерами, нижньогібридними та кінетичними альвенівськими хвилями. У наближенні двохрідинної магнітної гідродинаміки розглянуто нелінійну параметричну взаємодію вістлерівської хвилі з нижньогібридною хвилею та кінетичною альвенівською хвилею, де хвилею накачки виступають свистячі атмосферики. Знайдено нелінійне рівняння, яке описує цей трьоххвильовий процес, а також його рішення. Аналіз розв’язку рівняння показав, що важливу роль в процесі трьоххвильової взаємодії відіграє той факт, що було враховано скінченність ларморівського

радіуса протонів у динаміці альвенівських хвиль. Завдяки врахуванню скінченності ларморівського радіусаТтротонів нами отриманий новий канал розпаду вістлерівської моди, що дало можливість пояснити зв’язок між вістлерами та нижньогібридними хвилями. Проведені чисельні розрахунки залежності інкременту наростання нестійкості від кутів між напрямком геомагнітного поля та хвильовими векторами кінетичних альвенівських хвиль та нижньогібридних хвиль. Ці розрахунки показують, що вістлерівські хвилі в результаті нелінійної параметричної взаємодії з кінетичними альвенівськими хвилями можуть генерувати в магнітосфері Землі нижньогібридні хвилі. Отримані теоретичні результати добре узгоджуються з даними супутникових спостережень.

Третій розділ дисертації присвячений дослідженню механізмів генерації інерційних та кінетичних альвенівських хвиль в іоносфері та магнітосфері Землі До недавнього часу вважалось, що альвенівські хвилі - це коливання, основні характеристики якого визначаються магнітогідродинамічним рухом холодної плазми. Однак виявилось, що врахування теплових ефектів та інерції електронів в дішаміці альвенівських хвиль призводить до суттєвої зміни їх дисперсійних характеристик. Зокрема, з’являється залежність частоти хвилі від перпендикулярної ( відносно зовнішнього магнітного поля ) компоненти хвильового вектора. Енергія хвилі може переноситись як вздовж, так і поперек зовнішнього магнітного поля. Крім цього, з’являється повздовжна компонента електричного поля відмінна від нуля. Завдяки цьому, модифіковані альвенівські хвилі відіграють значнішу роль у колективних процесах космічної плазми, ніж класичні магнітогідродинамічні альвенівські хвилі. У зв’язку з супутниковими спостереженнями [9,10] Останнім часом інерційним альвенівським хвилям та кінетичним альвенівським хвилям приділяється велика увага.

Нами запропоновані механізми генерації інерційних альвенівських хвиль та кінетичних альвенівських хвиль у навколоземній плазмі. В якості механізму генерації інерційних альвенівських хвиль розглянуто параметричну нестійкість, де хвилею накачки є верхньогібридна хвиля. На базі двохрідинної магнітогідродинаміки отримане нелінійне дисперсійне рівняння та знайдений його розв’язок. Анатіз цього розв’язку показав, що розпад верхньогібридної хвилі накачки призводить до появи інерційних альвенівських хвиль у навколоземній плазмі де плазмовий параметр /? = ^тТ/В] « те ¡ті. Такі умови виконуються в іоносфері та нижній магнітосфері Землі. Показано, що врахування інерції електронів в динаміці альвенівських хвиль суттєво заливає на розвиток нелінійного процесу.

В магнітосфері Землі ( а також в сонячній короні ) плазмовий параметр Р задовільняє умовам: те/т,<< у9«1. Тому тут головну роль в динаміці альвенівських хвиль відіграє ефект, пов’язаний з скінченністю ларморівського радіуса протонів. В цій області плазмової оболонки Землі нами розглянуто механізм збудження кінетичних альвенівських хвиль за рахунок розпаду нижньогібридних хвиль, які постійно реєструються за допомогою супутників [ 11 ]. У наближенні магнітогідродинаміки отримане нелінійне рівняння. Аналіз розв’язку цього нелінійного рівняння, яке описує трьоххвильовий процес, показав, що врахування теплових ефектів в альвенівських хвилях призводить до появи нового каналу розпаду нижньогібридних хвиль та генерації кінетичних альвенівських хвиль. Результати теоретичних досліджень узгоджуються з даними супутникових спостережень [9,10].

У четвертому розділі дисертації розглянуто розсіяння звичайної електромагнітної хвилі на'інерційних' альвенівських хвилях.' Для фізики космосу ця проблема є дуже важливою у зв’язку з активними експериментами в іоносфері Землі і космосі, а також для діагностики космічної плазми. Але в більшості попередніх робіт розглядалось розсіяння електромагнітних хвиль на іонно-акустичних флуктуаціях,

для існування яких потрібно, щоб Те » Ті. Проте, такі умови щодо неізотермічності в іоносферній та космічній плазмі не виконуються. Тому нами розглянуто розсіяння звичайної електромагнітної хвилі на інерційних альвенівських хвилях, для яких не потрібно, щоб виконувались такі жорскі умови щодо неізотермічності плазми. Як свідчать супутникові спостереження та наші теоретичні дослідження, інерційні альвенівькі хвилі дійсно існують в іоносферній плазмі [9]. На базі двохрідинної магнітогідродинаміки отримане нелінійне дисперсійне рівняння, яке описує розсіяння електромагнітної хвилі на інерційних альвенівських хвилях. Знайдено інкремент розпадної нестійкості, який пропорційний до інерційної електронної довжини, що вказує на те, що даний нелінійний процес можливий тільки при умові врахування скінченності інерції електронів в динаміці альвенівських хвиль. Отримані оцінки для інкременга та часу розсіяння звичайної електромагнітної хвилі для Б-шару іоносфери Землі. Показано, що розсіяння звичайної електромагнітної хвилі на інерційних альвенівських хвилях відбувається значно швидше, ніж розсіяння звичайної електромагнітної хвилі на іонно-циклотронних хвилях, яке розглядалось в роботі [12].

У висновках сформульовані основні результати дисертаційної роботи.

Проведено дослідження впливу теплових ефектів іонів та інерції електронів в динаміці альвенівських хвиль на нелінійну параметричну взаємодію хвиль у навколоземній плазмі. Показано, що врахування кінетичних ефектів в альвенівських хвилях суттєво впливає на процеси нелінійної параметричної взаємодії хвиль. Завдяки врахуванню кінетичних ефектів у альвенівських хвилях отримані нові канали розпаду електромагнітних та потенціальних хвиль за участю альвенівських хвиль та дано пояснення ряду фізичних явищ, які спостерігаються у навколоземній плазмі.

Запропоновано новий механізм генерації низькочастотного електромагнітного випромінювання в магнітосферній плазмі. В якості механізму збудження електромагнітних хвиль розглянуто параметричну нестійкість верхньогібридної хвилі, яка розпадається на кінетичну альвенівську хвилю та електромагнітні хвилі, які розповсюджуються як вздовж. так і поперек зовнішнього магнітного поля. При цьому були враховані теплові ефекти в динаміці альвенівських хвиль. Показано, що врахування скінченності радіуса протонів в динаміці альвенівських хвиль суттєво впливає на нелінійну параметричну взаємодію хвиль. Отримані теоретичні результати використані для пояснення фізичних явищ у магнітосфері Землі.

В наближенні двохрідинної магнітної гідродинаміки розглянуто нелінійну параметричну взаємодію свистячих атмосфериків ( вісглерів ) з кінетичними альвенівськими хвилями та нижньогібридними хвилями у магнітосферній плазмі. Знайдено нелінійне рівняння, яке описує цю взаємодію та розв’язок цього рівняння. Результати добре узгоджуються з даними супутникових спостережень.

Запропоновано механізм генерації інерційних альвенівських хвиль в іоносферній плазмі, де плазмовий параметр Р = %тТ/ВІ задовільняє умові: Р«т1/тІ. В якості

механізму збудження розглянуто параметричну нестійкість, де хвилею накачки є верхньогібридна хвиля. На базі двохрідинної магнітогідродинаміки отримано нелінійне рівняння, яке описує цей трьоххвильовий процес та його розв’язок. Знайдений інкремент розвитку нестійкості пропорційний до електронної інерційної довжини. Таким чином, цей нелінійний процес можливий тільки завдяки врахуванню інерції електронів в динаміці альвенівських хвиль. Отримані теоретичні результати використані для пояснення . даних спостережень шведсько-

німецького супутника П^БІА, який неодноразово реєстрував нелінійні явища в іоносфері за участю інерційних альвенівських хвиль.

5. Досліджено нелінійну параметричну взаємодію нижньогібридних та кінетичних альвенівських хвиль у плазмовій оболонці Землі, де плазмовий параметр Рзадовільняє умовам: те/т, «р«І. На базі двоххрідинної МГД отримано нелінійне рівняння, яке описує взаємодію альвенівських і нижньогібридних хвиль та знайдено його розв’язок. Показано, що нижньогібридні хвилі можуть трансформуватись в кінетичні альвенівські хвилі. Висновки теоретичних розрахунків підтверджуються даними супутникових спостережень.

6. Розглянуто розсіяння звичайної електромагнітної хвилі на інерційних альвенівських хвилях. У наближенні двохрідинної МГД отримано нелінійне рівняння, яке описує процес розсіяння. Аналіз розв’язку рівняння показав, що процес розсіяння звичайної електромагнітної хвилі на інерційних альвенівських хвилях відбувається значно швидше, ніж на іонно-цшслотронних хвилях, який розглядався до цього іншими авторами.

ПЕРЕЛІК ЦИТОВАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Stubbe P., Корка H., Thide В., Derblom Н. Stimulated electromagnetic

emission: a new technique to study the parametric decay instability in the ionosphere// J. Geophysics. Res. - 1984. - V.89, NA9. - P.7523-7536. . ' -

2. Thide H., Hedberg A., Fejer J.A. et al. First observations of stimulated electromagnetic emission at Aresibo// Geophys. Res. Lett. - 1989. -V.16. -P.369-372.

3. Gumett D.A., Shaw R.R. Electromagnetic radiation trapped in the magnetosphere above the plasma frequency// J. Geophys. Res. - 1973. - 78A, N34. -P.8136-8149.

4. Kurth W.S., Ashour-Abdall М., Frank I.A. et al. A comparison of intense electrostatic waves near FUHR with linear instability theory// Geophys. Res. Lett. — 1979. - 6A, N6. -P.487-490.

5. Kuo S.P. Parametric instability producing broad symmetrical structure in the spectrum of ionosphere heating-induced radiation// Phys. Plasmas. - 1997. - 4, N9. - P. 3194-3199.

6. Chian A. C.-L., Abalde J.R. Nonlinear coupling of langmuir waves with whistler waves in the solar wind// Solar Physics. - 1999. — 184. — P.403-419.

7. Stenflo L. Theory of stimulated scattering of large-amplitude waves// J. Plasma Physics. - 1999. — 61, parti. - P. 129-134.

8. Коцаренко Н.Я., Юхимук А.К., Юхимук В.А. Нелинейное взаимодействие элекгромагшггных и альвеновских волн в солнечной атмосфере // Кинематика и физика небесных тел. -1993.-9, N2. - С.46-52.

9. Louam P., Wahlund J.-E., Chust T. Observation of kinetic aliven waves by the FREJA spacecraft// Geophys. Res. Lett. -1994. - 21, N17. -P. 1847-1850.

10. Volokitin A.S., Dubinin E.M. The turbulence of AlfVen waves in the polar magnetosphere of the Earth// Planet. Space Sci. - 1989. - 37, N7. -P.761-766.

11. Gumett D.A., Frank L.A., Lepping R.P. Plasma wave in the distant magnetotail//J. Geophys. Res. - 1984. - 81, NA7. - P.6059-6074.

12. Shukla P.K., Tager S.G. Scattering of ordinary electromagnetic waves . by ioncyclotron waves in the ionosphere// J. Geophys. Res. - 1979. -84A, N4.-P.1317-1318.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ:

Юхимук А.К., Юхимук В.А., Фалько О.Г. Нелинейный механизм электромагнитного излучения в космической плазме // Космічна наука і технологія. - 1995. - 1, N2-6. - С.65-71.

Yukhimuk A.K., Yukhimuk V.A., Falko O.G. Nonlinear mechanism of electromagnetic radiation generation in space plasma// Proceeding of 23rd EPS conference on controlled fiision and plasma physics. - Kiev. -

1996. -P.I325-1328.

Юхимук A.K., Фалько О.Г., Юхимук В.А., Кучеренко В.П., Федун В.Н. Нелинейное взаимодействие альвеновских и ионнозвуковых волн в магнитоактивной плазме// Космічна наука і технологія. - 1996.-2, N3-4. -С.44-48.

Yukhimuk А.К., Voitenko Yu.M., Yukhimuk V.A., Falko O.G., Fedun V.N. Nonlinear mechanism for AlfVen waves generation in the magnetosphere and ionosphere// Proceeding of International symposium PLASMA ’97. - Jamoltowek near Opole ( Poland ). -

1997. -P.371-373.

Voitenko Yu.M., Falko O.G., Yukhimuk A.K., Fedun V.N. Nonlinear mechanism of kinetic Alfven waves generation in the magnetosphere// 8* Scientific assembly of IAGA with ICMA and STP Symposia — Uppsala ( Sweden ). - 1997. -P.339.

6. Юхимук А.К., Федун В.Н., Юхимук В.А., Фалько О.Г., Сиренко Е.К. Нелинейный механизм генерации нижнегибридных волн в космической плазме// Космічна наука і технологія. - 1998. -

4, N5-6.-С.41-45.

7. Yukhimuk А.К., Falko O.G., Yukhimuk V.A., Fedun V.N. Nonlinear mechanism of electromagnetic radiation in the magnetized plasma// Annals Geophysical. -1998. -16. -P.657.

8. Юхимук A.K., Федун B.H., Юхимук В.А., Фалько О.Г. Генерация электромагнитного излучения с помощью верхнегибридной волны накатай//Космічна наука і технологія. -1998.-4, N1. - С. 102-107.

9. Федун В.Н., Фалько О.Г., Юхимук А.К., Юхимук В.А. Генерация кинетических альвеновских волн с помощью нижнегибридной волны накачки// Кинематика и физика небесных тел. - 1999. - 15, N2.-С. 103-109.

10. Юхимук А.К., Юхимук В.А., Фалько О.Г., Сиренко Е.К. Рассеяние обыкновенной электромагнитной волны на кинетических альвеновских волнах// Космічна наука і технологія. - 1999. - 5,N1. -С. 48-51.

11. Yukhimuk A., Falko О., Sirenko L. Nonlinear interaction of ordinary electromagnetic and Alfven waves// ХХП IUGG General Assembly. -Birmingham. -1999. -P.350.

12. Yukhimuk A.K., Falko O.G., Sirenko O.K. et al. Nonlinear mechanism of lower hybrid waves generation in the magnetosphere// Proceedings of International Symposium Interball. - Kyiv. -2000. - P. 187-190.

АНОТАЦІЯ

Фалько О.Г. Механізми генерації електромагнітних та потенціальних хвиль у навколоземній плазмі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.03 - геліофізика і фізика сонячної системи. - Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ, 2000.

Дисертація присвячена дослідженню нелінійної параметричної взаємодії та генерації електромагнітних та потенціальних хвиль у навколоземній плазмі. З врахуванням скінченності ларморівськогс радіуса протонів та інерції електронів в динаміці альвенівських хвиль отримано ряд нових каналів розпаду хвиль. Показано, що врахування скінченності ларморівського радіуса протонів та інерції електронії суттєво впливає на процеси нелінійної взаємодії альвенівських хвиль з

іншими типами хвиль. На основі отриманих теоретичних результатів розглянуто механізми генерації низькочастотного електромагнітного випромінювання в магнітосфері Землі, нижньогібрщщих хвиль, кінетичних та інерційних альвенівських хвиль у навколоземній плазмі.

Ключові слова: хвилі, взаємодія хвиль, нестійкості, іоносфера, магнітосфера, космічна плазма.

ABSTRACT

Falko O.G. Mechanisms of generation of electromagnetic and potential waves in near-Earth plasma - Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree by speciality 01.03.03. - Heliophysics and Solar system physics. - The Main Astronomical Observatory of National Academy of Sciences of Ukraine/Kyiv, 2000.

The dissertation is devoted to the study of nonlinear parametric interaction and generation of electromagnetic and potential waves in nearEarth plasma. With regard for Larmore proton radius flniteness and electrons inertia the number of new channels of waves decay is received in Alfven waves dynamics. It is shown that account of Larmore proton radius finiteness and electrons inertia greatly influences upon the processes of AlfVen waves nonlinear interaction with other waves. On the basis of theoretical results received the generation mechanisms of low-frequency electromagnetic radiation in Earth magnetosphere, low-hybrid waves, kinetic and inertial Alfven waves in near-Earth plasma are considered.

Keywords: waves, interaction of waves, instabilities, ionosphere, magnetosphere, space plasma.

АННОТАЦИЯ

Фалько О.Г. Механизмы генерации электромагнитных и потенциальных волн в околоземной плазме.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.03.03 - гелиофизика и физика солнечной системы. - Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена изучению нелинейного параметрического взаимодействия и генерации электромагнитных и потенциальных волн в околоземной плазме. Проведено исследование влияния тепловых эффектов ионов и инерции электронов в динамике апьвеновских волн

на нелинейное параметрическое взаимодействие волн в околоземной плазме с малым параметром ¡3 - %тТ¡В\ «1. Показано, что учет конечности ларморовского радиуса протонов и инерции электронов существенно влияет на процессы нелинейного взаимодействия альвеновских волн с другими волнами. Предложен новый нелинейный механизм генерации низкочастотного электромагнитного излучения ( с частотой 6) = ©^, где со^- электронная ленгмюровская частота ) в магнитосфере Земли. На основании двухжидкостной магнитной гидродинамики исследовано нелинейное параметрическое взаимодействие свистящих атмосфериков ( вистлеров ) с кинетическими альвеновскими волнами. Дано физическое объяснение спутниковым наблюдениям о связи между свистящими атмосфериками и нижнегибридными волнами в околоземной плазме. Рассмотрено нелинейное параметрическое взаимодействие электромагнитных волн с кинетическими альвеновскими волнами. Предложены механизмы генерации инерционных альвеновских и кинетических альвеновских волн в ионосфере и магнитосфере Земли. С учетом конечности ларморовского радиуса ионов и инерции электронов в динамике альвеновских волн получено ряд новых каналов распада волн, которые не возможны в случае классических альвеновских волн. Исследовано рассеивание обычных электромагнитных волн на низкочастотных флуктуациях плазмы. Показано, что процесс рассеивания обычных электромагнитных волн на инерционных альвеновских волнах происходит значительно быстрее, чем на ионно-цшслотронных волнах.

Ключевые слова: волны, взаимодействие волн, неустойчивости, ионосфера, магнитосфера, космическая плазма. .