Основные научные результаты проекта интербол
Скачать 393.24 Kb.
|
Магнитосферные суббури и связанные с ними явления во внутренних областях магнитосферы. Исследование глобальной динамики хвоста магнитосферы Земли во время магнитных суббурь. Одной из основных проблем физики магнитосферы Земли является необходимость перехода к количественному описанию динамики ее взаимодействия с солнечным ветром, в том числе, во время магнитных суббурь. В ходе исследований характеристик более чем 100 суббурь параметры (суммарное давление плазмы и магнитного поля), позволяющие определить время начала и амплитуду глобальных изменений в геомагнитном хвосте во время суббури. Изменения давления, а также их связь с вариациями в солнечном ветре, являются общими чертами для всех классов суббурь, включая суббури на сжатом овале. Показано, что динамика и стабильность хвоста магнитосферы Земли (как неустойчивой системы, находящейся под воздействием потока солнечного ветра) определяются временем конвекции электрического поля солнечного ветра внутри хвоста (характерным временем системы), а не количеством аккумулированной энергии. Пространственная локализации области генерации суббури. Магнитосферные суббури являются основным механизмом диссипации энергии, аккумулированной в магнитном хвосте. Измерения, выполненные в ходе реализации проекта ИНТЕРБОЛ, показали, что суббуря не есть плазменный взрыв всего хвоста, а сильное, но локализованное возмущение горячей плазмы в относительно небольшой его части. Удачный выбор орбиты спутников ИНТЕРБОЛ-1 и МАГИОН-4 позволил установить временную последовательность вариаций в хвосте магнитосферы и на поверхности Земли в ряде интересных геофизических событий: пересоединение в хвосте происходит раньше, чем активизация процессов, связанных с суббурей, наблюдаемых на поверхности Земли. Физические явления в пограничных слоях магнитосферы и инициация магнитосферных суббурь. Проанализирована корреляция магнитных суббурь и потоков плазмы в пограничных слоях по данным спутников Интербол-1, ГЕОТЕЙЛ и Магион-4 и по наземным данным. Обнаружены случаи аномально глубокого (до 10 Re по сравнению с моделями магнитопаузы) проникновения солнечной плазмы в низкоширотный геомагнитный хвост и корреляция с магнитными суббурями для южного направления межпланетного магнитного поля. В трех случаях процессы в погранслоях могли вызвать суббури, хотя их энергии недостаточно для обеспечения наблюдаемого нагрева ионосферы и ускорения частиц, вызывающих полярные сияния. В 37% случаев потоки ионов в погранслоях представляют один из наиболее вероятных спусковых механизмов суббурь. Аномальные проникновения плазмы могут быть объяснены слабым магнитным полем на хвостовой приэкваториальной магнитопаузе, которая прогибается внутрь при нарастании динамического давления солнечного ветра. Предложен механизм самофокусировки возмущений, по мере их продвижения к центру хвоста магнитосферы за счет увеличения альфвеновской скорости на краях плазменного слоя. Самофокусировка обеспечивает сжатие центрального плазменного слоя в вертикальном направлении, что, в свою очередь, может дать вклад в развитие магнитной суббури или даже вызвать ее. Новый тип магнитосферной суббури. Обнаружен новый тип суббури, когда энергия солнечного ветра непосредственно генерирует токовую систему суббури без процесса накопления энергии в хвосте магнитосферы. Высказывались идеи о возможности существования подобных суббурь, но экспериментально они до сих пор не наблюдались. Модель инициации суббури. На основе измерений, выполненных в проекте Интербол, развита модель инициации суббури. Суббуря подготавливается на фазе накопления энергии в хвосте, когда происходят два независимых процесса - сжатие хвоста (т.е. уменьшение его толщины) и его растяжение (уменьшение нормальной компоненты). Если первый процесс преобладает (ближние к Земле области хвоста) инициируется токовая неустойчивость, ведущая к срыву хвостового тока и его ответвлению в ионосферу. При этом суббуря развивающаяся в хвосте должна иметь яркие наземные проявления (брейкап) как в магнитных, так и оптических наблюдениях. Во втором случае, более характерном для удалённых областей хвоста, развивается неустойчивость разрывного типа, ведущая к сильной перестройке топологии магнитного хвоста, но не имеющая ярких наземных проявлений. Такие явления хорошо известны и носят название «Псевдобрейка П». Развитая модель позволяет с единой точки зрения взглянуть на эти, кажущиеся очень разнородными, процессы. Экспериментальная проверка модели образования околоземной нейтральной линии (NENL). Магнитосферные суббури являются одной из основных форм взаимодействия между солнечным ветром и магнитосферой. Наиболее развитой моделью, описывающей процесс суббури, считается модель образования околоземной нейтральной линии (NENL). В соответствии с этой моделью, пересоединение магнитных силовых линий в плазменном слое приводит к появлению потоков плазмы к Земле и в антисолнечном направлении, которые одновременно наблюдались на космических аппаратах, радиально разнесенных в пространстве. Времена появления быстрых потоков плазмы относительно фазы суббури и местоположения соответствующих авроральных сияний являются существенными для проверки модели суббури. Наблюдения подтверждают идею модели NENL о том, что околоземная нейтральная силовая линия является источником авроральных высыпаний на полярной кромке авроральной выпуклости. Когда наблюдались потоки плазмы в антисолнечном направлении, нейтральная линия была расположена между Землей и спутником. Когда область пересоединения переместилась в процессе развития суббури в хвостовую магнитосферу за спутник, то это привело к появлению быстрых потоков плазмы к Земле. Новое динамическое явление в хвосте магнитосферы: асимметричный плазмоид. Удачное расположение ИНТЕРБОЛ-1 и Geotail в магнитном хвосте Земли во время фазы развития суббури позволило зарегистрировать прохождение плазмоида необычной топологии. ИНТЕРБОЛ-1, находившийся в северной доле хвоста на расстоянии 28 RЕ от Земли, на 2 мин. раньше зарегистрировал плазмоид чем космический аппарат GEOTAIL, находившийся в южной доле хвоста на расстоянии 22 RЕ. Наблюдения на двух КА позволяют предполагать, что впервые, по-видимому, зарегистрировано новое динамическое явление в хвосте: асимметричный плазмоид, образовавшийся в результате антисимметричного магнитного возмущения. Процессы в плазмосфере во время геомагнитных суббурь. Впервые получены экспериментальные данные о вариациях концентрации ионов Н+ в глубине плазмосферы до и во время развития нескольких геомагнитных суббурь в послеполуночном и дневном секторах плазмосферы Обнаружено, что в послеполуночном секторе развитие умеренно интенсивной суббури сопровождалось значительным понижением концентрации ионов Н+ внутри плазмосферы на L=2.2, которая возвращается к первоначальному уровню с окончанием бури. Этот факт, по-видимому, свидетельствует об увеличенном сбросе холодной плазмы из плазмосферы в ионосферу в процессе развития суббури в ночные часы. Вариации концентрации ионов Н+ в дневном секторе плазмосферы, по-видимому, связаны с вариациями параметров подстилающей ионосферы. Понижение концентрации ионов Н+ в начальной фазе бури может быть объяснено развитием отрицательной фазы ионосферной бури. Повышение концентрации ионов Н+, по-видимому связано с увеличением потоков ионосферной плазмы в плазмосферу после изменения отрицательной фазы ионосферной бури на положительную.В противоположность модели распространения деформации плазмосферы во время магнитной суббури из ночного сектора в дневной со скоростью коротации, обнаружено практически одновременное начало перемещения плазмопаузы к Земле в ночном и дневном секторах. Обнаружено также, что перемещение плазмопаузы к Земле в дневном секторе продолжается 10-12 часов после того, как ночная плазмопауза начинает удаляться от Земли. Последний факт, объясняется приходом с ночной стороны на дневную в результате коротации магнитных силовых трубок с плазмой с пониженной в результате магнитной бури концентрацией. Процеессы взаимодействия ионосферы и плазмосферы в геомагнитоактивные периоды. Измерения температуры ионов Н+ внутри магнитосферы позволили впервые получить надежные экспериментальные данные о радикальном изменении обменных процессов между ионосферой и плазмосферой в ночном секторе во время геомагнитных бурь, когда потоки холодной плазмы из плазмосферы в ионосферу изменяют направление на обратное. Хвост магнитосферы Земли. Статистическое исследование транзиентных плазменных структур в высокоширотных областях хвоста магнитосферы и в пограничной области плазменного слоя. Пограничная область плазменного слоя, расположенная между плазменным слоем и высокоширотными областями хвоста магнитосферы Земли является очень сложным динамическим регионом, заполненным транзиентными плазменными структурами различных типов. Анализ экспериментальных данных, полученных на спутнике Интербол-1 (1995-2000) показал, что в пограничной области плазменного слоя регулярно наблюдаются короткоживущие пучки высокоскоростных ионов (бимлеты), которые в основном движутся к Земле и скорость которых зависит от расстояния между точкой их наблюдения и нейтральным слоем (вдоль оси Z). Характер этой зависимости (прямая или обратная) сильно зависит от направления межпланетного магнитного поля. В спокойные периоды (в отсутствие суббурь) и когда межпланетное магнитное поле имеет южное направление, статистически наблюдается нормальная зависимость скорости бимлетов от расстояния до нейтрального слоя, Z (скорость бимлетов растет с увеличением Z). Вероятность наблюдения бимлетов во время таких периодов максимальна на расстояниях Z=5-6 Re (Re-радиус Земли) от нейтрального слоя, что указывает на положение границы между закрытыми и открытыми силовыми линиями магнитосферного магнитного поля и подтверждает теорию о том, что источник бимлетов расположен в удаленных областях хвоста магнитосферы (~100Re от Земли). При северном направлении межпланетного магнитного поля статистическая зависимость скорости бимлетов от Z обратная (энергия бимлетов уменьшается с ростом Z). В эти периоды бимлеты наблюдаются на очень больших расстояниях от нейтрального слоя. Во время активных периодов Z-профиль скорости бимлетов имеет довольно сложную форму (одновременно наблюдаются как прямая так и обратная зависимость скорости бимлетов от Z), что указывает на существование по крайней мере двух источников их ускорения в хвосте (X-линия, расположенная сравнительно близко к Земле и X-линия в дальнем хвосте). Другим типом транзиентных плазменных структур наблюдаемых в пограничной области плазменного слоя являются структуры, которые по своим функциям распределения напоминают плазму плазменного слоя. Процессы приводящие к образованию таких структур (плазменных облаков) (возможно отсоединенных от плазменного слоя), по-видимому, происходят на самой границе плазменного слоя. Удивительная особенность статистического наблюдения плазменных облаков заключается в том, что при южном направлении межпланетного магнитного поля мелкомасштабные плазменные структуры (длительность наблюдения менее 500 сек) распределены практически равномерно (вдоль оси Z) по всей пограничной области плазменного слоя, включая высокоширотную область хвоста магнитосферы, в то время как вероятность наблюдения более длительных плазменных облаков резко уменьшается по мере удаления от нейтрального слоя. Когда межпланетное магнитное поле имеет северное направление плазменные облака различной длительности наблюдаются вплоть до очень больших (по Z) расстояний от нейтрального слоя, что может быть следствием глобальных смещений (или расширения) плазменного слоя в течение таких периодов. Функции распределения частиц высоких энергий в плазменном слое. Получены качественно новые данные о спектрах энергичных ионов и электронов в плазменном слое хвоста магнитосферы. Показано, что в большинстве случаев средние по времени спектры ионов с высокой точностью аппроксимируются степенным законом в диапазоне 50-800 кэВ, а спектры электронов - экспоненциальным законом. В то же время спектры, измеренные в нейтральном слое хвоста с временным разрешением в секунды и десятки секунд, обнаружили большие флуктуации формы от спектра к спектру с возникновением и исчезновением узких пиков и других структур. Эти результаты послужили основанием для развития теоретических представлений о непрерывных множественных процессах ускорения частиц в хвосте магнитосферы. Общие закономерности распределения частиц в хвосте магнитосферы. Измерения, выполненные на спутнике ИНТЕРБОЛ-1, позволили провести исследование тонкой структуры процессов и закономерностей распределения частиц в плазме хвоста магнитосферы. Анализ результатов измерений показал, что функции распределения частиц в этой области далеки от равновесных, стационарных, они состоят из отдельных фрагментов, пучков ускоренных частиц или гранул, что находится в качественном согласии с развитыми ранее теоретическими представлениями о процессах формирования плазменных популяций в хвосте магнитосферы Земли. Прогноз геомагнитной активности. Количественное исследование солнечно-земных связей и алгоритм краткосрочного прогноза геомагнитной активности. Использование интеграла -параметра (энергии солнечного ветра, проникшей в магнитосферу Земли) как меры геофизической эффективности солнечного ветра облегчает количественное исследование солнечно-земных связей, позволяя решить ряд задач методического, прикладного и фундаментального характера. Показано, что вероятная недостоверность измерений солнечного ветра на удаленном от Земли космическом аппарате растет с уменьшением силы магнитосферного возмущения. Если во время магнитных бурь надежность измерений (и, следовательно, предсказания уровня геомагнитной активности) велика, то при исследованиях и прогнозе магнитных суббурь ошибка более чем в 20% возможна в 20-50% случаев, в зависимости от величины суббури. На основе использования параметра разработан и внедрен алгоритм краткосрочного прогноза геомагнитной активности, данные которого свободно доступны через Интернет на сервере ИКИ РАН. Активные эксперименты в рамках проекта ИНТЕРБОЛ. Активное воздействие на процессы в магнитосфере. Взаимодействие частиц плазмы с электромагнитными полями как естественного, так и искусственного происхождения во многом определяет динамику плазмы в магнитосфере Земли. Для изучения физических механизмов такого взаимодействия был проведен эксперимент, в котором использовался международный нагревный стенд EISCAT (мощный коротковолновый (КВ) передатчик, излучающий вверх), а измерения проводились на спутнике ИНТЕРБОЛ-2. Во время эксперимента было обнаружено сильное влияние модулированного КВ-излучения на процессы в магнитосферной плазме: высыпание заряженных частиц, возникновение продольных токов, генерация электростатической турбулентности и стимуляция широкополосного электромагнитного излучения вблизи частоты модуляции. Этот результат дает основание для дальнейших исследований возможности управления процессами в магнитосфере Земли. |
Похожие:
 | Основные методы работы, технологии реализации проекта 19 Система... | | России» включены в «Перечень ведущих научных журналов и изданий»,... Российской Федерации «Научные Труды Вольного экономического общества России» включены в «Перечень ведущих научных журналов и изданий»,... |
| Журнал «Ветеринария» Ведущее рецензируемое издание, в котором могут быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени... | | Публикуются основные научные результаты диссертаций на соискание Журнал включен в перечень ведущих рецензируемых журналов и научных изданий, утвержденный президиумом вак министерства образования... |
| Публикуются основные научные результаты диссертаций на соискание Журнал включен в перечень ведущих рецензируемых журналов и научных изданий, утвержденный президиумом вак министерства образования... | | Основные научные направления (научные школы) Литературного института им. А. М. Горького Помощник заместителя Министра экономического развития Российской Федерации Руководителя Росимущества |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Основные научные направления (научные школы) факультета и показатели результативности работы | | Перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны... Цель курса: получение систематизированных знаний о закономерностях развития геологии, географии и геоэкологии |
| Реферат объемом до 10 строк должен кратко излагать предмет статьи... В журнале «Современные проблемы науки и образования» публикуются научные обзоры, статьи проблемного и научно-практического характера... |  | Магистерской диссертации Основные научные результаты, полученные автором магистерской диссертации, подлежат обязательной апробации путем публикации в научных... |
| Магистерской диссертации Основные научные результаты, полученные автором магистерской диссертации, подлежат обязательной апробации путем публикации в научных... | | Основные научные результаты, полученные при выполнении научно-исследовательских... Цели и задачи урока: Развивать понятия о гигиене кожи, познакомить с болезнями кожи, связанными с нарушением диеты, гиповитаминозами... |
| План график изучения курса «Управление проектами» по специальности пгс Основные понятия: проект, программа, цели и стратегии, структура проекта, управление проектом Критерии успехов и неудач проекта,... | | Пояснительная записка I 0 введение 0-1 0 описание проекта 0-1 1 История... Состояние окружающей среды и социально-экономические условия развития области 1-1 |
| Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых... Сборник лабораторных работ : Исследование трения и износа при ремонте машин и оборудования. Издание переработанное и дополненное.... | | Краткое содержание проекта Проект «Ярмарка туристических идей» Организация деятельности обучающихся в ходе проекта предполагает создание ими итогового проекта (презентация, буклет), в котором... |
