Реферат Отчет стр., рис., таблиц, список литературы 4 наименования

§2.3. Нерешенные проблемы и ближайшие задачи Несмотря на достигнутый прогресс в решении задачи описания ускорения релятивистских электронов, можно выделить ряд ключевых проблем, решение которых требует дальнейших исследований. Прежде всего, необходимо отметить, что в значительной степени не решен вопрос об изменении геометрии магнитосферы во время магнитной бури, что затрудняет создание адекватной модели магнитного поля, описывающей магнитные поля бури. Во время главной фазы магнитной бури происходит значительное увеличение давления и связанное с ним уменьшение магнитного поля во внутренних областях магнитосферы. Авроральный овал расширяется. Овал полярных сияний, западный электроджет и плазмосфера сдвигаются к экватору (Хорошева, 1987). Граница проникновения в магнитосферу солнечных космических лучей также сдвигается к экватору (Сосновец и Тверская, 1986; Тверская и др., 1991, Tverskaya et al., 2005; Панасюк и др., 2004), что указывает на значительное ослабление магнитного поля в вершинах силовых линий на широтах, превышающих широту границы проникновения. Происходит сдвиг на меньшие широты области ускорения релятивистских электронов и соответственно внешнего радиационного пояса. Зависимость положения максимума пояса инжектированных во время магнитных бурь релятивистских электронов (Lmax) от максимального значения Dst-вариации имеет вид (Тверская, 1986; Tverskaya et al., 2003, 2005): . (5.1) В соотношении (2.1) Lmax соответствует геоцентрическому расстоянию, на котором наблюдается максимум потока релятивистских электронов в течении фазы восстановления магнитной бури. На Рис. 5.1 показана зависимость положения максимума пояса инжектированных во время магнитных бурь релятивистских электронов (Lmax) от амплитуды магнитной бури (|Dst|max), полученная по данным различных спутников. Прямая на графике соответствует соотношению (5.1). Соотношение (5.1) определяет также, до каких L-оболочек в ночной магнитосфере смещаются в максимуме бури граница области захваченной радиации, максимум давления плазмы кольцевого тока, экваториальная граница овала полярных сияний, центр западной электроструи, граница проникновения солнечных космических лучей. Экспериментально полученное соотношение (5.1) говорит о тесной связи основных механизмов ускорения релятивистских электронов с процессами в магнитосфере, проецирующиеся на широты аврорального овала, что не учитывают существующие модели ускорения релятивистских электронов Пропорциональность |Dst|max минус четвертой степени Lmax получила теоретическое объяснение в работе (Тверской, 1997) в предположении ускорения в области максимума давления. В работах (Антонова, 2001; Antonova, 2005) рассматривалось максимально возможное заполнение внутренних областей магнитосферы частицами плазменного слоя и ионосферы и было получила объяснение величина коэффициента в соотношении (5.1). Однако, существующие модели распределения плазмы в магнитосфере не учитывают зависимость (5.1), что существенно сказывается на результатах моделирования во время больших магнитных бурь. Рис. 5.1. Зависимость положения максимума пояса инжектированных во время магнитных бурь релятивистских электронов (Lmax) от амплитуды магнитной бури (|Dst|max) (Tverskaya et al., 2005) В работе (Obara et al., 2000) проведено исследование магнитной бури ноября 1993 г. с использованием данных спутников NOAA и AKEBONO. Наблюдалось значительное увеличение потоков электронов в диапазоне энергий 300-950 кэВ во время главной фазы магнитной бури и увеличение потоков электронов с энергиями 950 кэВ – 2.5 МэВ во время фазы восстановления. Увеличение наблюдалось на L~4 и распространялось на большие L. Результаты наблюдений на спутниках GPS (Freiedel et al., 2002) продемонстрировали быстрое ускорение электронов до релятивистских энергий глубоко во внутренних областях магнитосферы за время ~3 часов. Исследования потоков релятивистских электронов на геостационарной орбите не обнаружило их явной зависимости от величины Dst вариации (Reeves, 1998; Kozyreva et al., 2006). Движение аврорального овала к экватору и зависимость (5.1) проясняют данную закономерность. Во время больших магнитных бурь электроны ускоряются на малых L. В работе (Kanekal, 2000) было показано, что релятивистские электроны ускоряются в широком диапазоне L – оболочек, что может говорить в пользу существования глобального механизма ускорения. Вместе с тем отмечалось (см. Tverskaya et al., 2005), что возрастания потоков релятивистских электронов на внутренних L-оболочках может не сопровождаться возрастанием потоков на геостационарной орбите. Это может свидетельствовать о возможности действия разных механизмов ускорения во внутренней и во внешней областях магнитосферы. Экспериментально полученное соотношение (5.1) выделяет развитие кольцевого тока в качестве одной из основных недостаточно полно исследованных причин, приводящих к возрастанию потоков релятивистских электронов. Измерения потоков нейтралов, возникающих в результате перезарядки частиц кольцевого тока, дают возможность восстановить конфигурацию кольцевого тока и исследовать процесс его симметризации. Большой объем информации накоплен в результате наблюдений на спутнике IMAGE (Pollock et al., 2001; Mitchell et al., 2001). В работе (Skoug et al., 2003) проведено детальное исследование магнитной бури 31 марта 2001, при которой минимальное значение Dst составляло -350 нТ. На Рис. 5.2 показаны результаты восстановления конфигурации кольцевого тока. Было показано, что ионы, ускоренные в ночные часы не начинают сразу дрейфовать на запад, формируя частичный кольцевой ток, пока амплитуда Dst вариации не увеличилась до ~300 нТ. Магнитометры, установленные на геостационарных спутниках зафиксировали сильное искажение магнитного поля в ночные часы. Bz компонента магнитного поля приблизилась к нулю, амплитуда магнитного поля в 3 раза превышала типичную и составляла ~300 нТ. Результаты измерений значительных искажений магнитного поля в работе (Skoug et al., 2003) подтверждают возможность действия механизма бетатронного ускорения на геостационарной орбите «затравочной» популяции электронов при восстановлении конфигурации магнитного поля, если суббуревые инжекции происходят в области уменьшенной Bz компонента магнитного поля. При этом надо учитывать (см., Tverskaya et al., 2005), что основным фактором, определяющим рост потоков электронов после бури на геостационарной орбите является высокая суббуревая активность. Рис. 5.2. Усредненные за 4 мин результаты измерений потоков нейтральных частиц с энергиями 2-5 кэВ прибором MENA и частиц с энергиями 50-60 кэВ прибором HENA 31 марта – 1 апреля 2001 на спутнике IMAGE. Показана Dst вариация, голубые стрелки – моменты измерений прибором MENA, голубая линия – период измерений прибором HENA, проводившимися каждые полчаса (Skoug et al., 2003) Результаты наблюдений показывают, что во время больших магнитных бурь возрастает уровень магнитосферной турбулентности, происходит уменьшение размеров плазмосферы и исчезает зазор между внешним и внутренним электронными радиационными поясами. На Рис. 5.3 показан пример восстановления конфигурации плазмосферы и электронных радиационных поясов, зарегистрированных во время гигантской магнитной бури октября-ноября 2003 г.(Halloween solar storm) на спутнике IMAGE. Ускорение релятивистских электронов может быть связано с генерацией волн на границе плазмосферы (см. раздел 2). Однако, в работе (O’Brien and Moldwin, 2003) показано для Dst от 40 до 500 нТ , что Lmax из соотношения (5.1) связано с положением плазмопаузы Lpp соотношением (см. Рис. 5.4): . (5.2) Таким образом, возникают определенные трудности у моделей, привязывающих область ускорения к границе плазмосферы или области зазора между авроральным овалом и плазмопаузой. Ослабление магнитного поля кольцевым током магнитной бури демонстрирует возможность действия бетатронного механизма, приводящего к ускорению предварительно ускоренных во время суббурь на фазе восстановления магнитной бури электронов при распаде кольцевого тока. Следует отметить, однако, что полученные к настоящему времени величины плазменного параметра не позволяют выделить данный механизм в качестве доминирующего на экваториальном краю аврорального овала во время больших магнитных бурь, так как величина магнитного поля на экваторе очень велика. В эксперименте не удается пока получать надежные значения давления во внутренних областях магнитосферы, так как требуется проводить одновременные измерения частиц всех энергий при малых L (<3-4). Рис. 5.3. Результаты наблюдений плазмосферы и электронных радиационных поясов со спутника IMAGE для магнитной бури октября-ноября 2003 г.(Halloween solar storm) В работе (Zheng et al., 2006) была подтверждена справедливость соотношения (5.1) и обращено внимание на необходимость комплексных исследований динамики кольцевого тока и плазмопаузы для объяснения появления релятивистских электронов во внутренних областях магнитосферы. Постоянное существование на широтах аврорального овала и в плазменном слое высокого уровня турбулентности (Антонова, 1985; Borovsky et al., 1997; Antonova, 2002), природа которой в настоящее время интенсивно изучается, подтверждает возможность действия различных турбулентных механизмов ускорения, приводящих к диффузии в пространстве скоростей. Поэтому описанные выше (см. раздел 2) механизмы ускорения при взаимодействии волна-частица, видимо, не исчерпывают все возможные механизмы турбулентного ускорения. Продолжение исследований в данном направлении представляет большой интерес, так как до настоящего времени не удалось объяснить результаты наблюдений быстрых возрастаний потоков релятивистских электронов, которые крайне опасны для спутниковой аппаратуры. Рис. 5.4. Зависимость положения пика потока электронов с энергией >1.5 МэВ, измеренного на спутнике HEO3, потока электронов с энергией >1 МэВ, измеренного на спутнике SAMPEX, от минимального значения Dst. Нанесены также кривая (5.1) и положение плазмопаузы в соответствии с моделью (O’Brien and Moldwin, 2003) Проведенный анализ показывает, что, несмотря на имеющиеся результаты, проблема транспорта, ускорения и потерь релятивистских электронов пока далека от своего окончательного решения. Поэтому проведение исследований в данном направлении представляет значительный фундаментальный и практический интерес. Неясно, какие процессы определяют интенсивность образующихся электронных потоков. Как указывалось выше, интенсивность регистрируемых на геостационарной орбите электронов слабо зависит от интенсивности магнитной бури. Результаты измерений потоков релятивистских электронов на малых L вблизи экваториальной плоскости имеют отрывочный характер. Все экспериментальные подтверждения действия предложенных механизмов ускорения релятивистских электронов имеют косвенный характер. Решение указанных вопросов требует проведения комплексных исследований, включающих измерения как потоков самих частиц и магнитного поля в различных областях магнитосферы, так и одновременные наблюдения УНЧ-ОНЧ волн в широком диапазоне частот. Необходимо также измерять положение границы захвата частиц и границу проникновения солнечных космических лучей с целью определения параметров искажения геомагнитного поля. . Гл.3. §3.1.. Заключение В ходе выполнения работ по договору № 125-08 от 29.05.2008 г. согласно техническому заданию и календарному плану осуществлялась научно-методическая проработка проблемы высыпания релятивистских электронов из радиационных поясов и связанных с этим явлением изменения параметров атмосферы (пп. 2.2.5., 3.2.3. ТЗ) В результате выполнения работ были получены следующие основные результаты: В результате выполнения работ были получены новые научные знания, созданы новые программные средства решения поставленных научных задач: - проанализированы процессы ускорения и сброса энергичных электронов в процессе радиальной диффузии и взаимодействия с электромагнитными излучениями в динамической магнитосфере. - показано, что, несмотря на имеющиеся результаты, проблема транспорта, ускорения и потерь релятивистских электронов пока далека от своего окончательного решения, поэтому проведение исследований в данном направлении представляет значительный фундаментальный и практический интерес. - дан аналитический обзор физических процессов ускорения и сброса релятивистских электронов в атмосферу Земли. - получены свидетельства того, что интенсивность регистрируемых на геостационарной орбите электронов слабо зависит от интенсивности магнитной бури, при этом результаты измерений потоков релятивистских электронов на дрейфовых оболочках, соответствующим малых значениям параметра L вблизи экваториальной плоскости имеют отрывочный характер, все экспериментальные подтверждения действия предложенных механизмов ускорения релятивистских электронов имеют косвенный характер; - показано, что решение проблемы ускорения релятивистских электронов в магнитосфере Земли требует проведения комплексных исследований, включающих измерения как потоков самих частиц и магнитного поля в различных областях магнитосферы, так и одновременные наблюдения УНЧ-ОНЧ волн в широком диапазоне частот, необходимо также измерять положение границы захвата частиц и границу проникновения солнечных космических лучей с целью определения параметров искажения геомагнитного поля Список литературы Андронов А.А., Трахтенгерц В.Ю., Кинетическая неустойчивость радиационных поясов Земли, Геомагнетизм и аэрономия, 4, 181-185, 1964. Антонова A.E., В.П. Шабанский, О движении заряженных частиц в геомагнитном поле, Известия АН СССР, 22(11), 1802-1808, 1968. Антонова Е.Е., М.Ф. Бахарева, В.В. Ломоносов, Б.А. Тверской, Ускорительные механизмы в Космосе, МГУ, 1987, 106 с. Антонова Е.Е., О неадиабатической диффузии, выравнивании концентрации и температуры в плазменном слое магнитосферы Земли, Геомагнетизм и аэрономия, 25(4), 623-627, 1985. Антонова Е.Е., Радиальные градиенты давления в магнитосфере Земли и величина Dst-вариации, Геомагнетизм и аэрономия, 41(2), 148-156, 2001. Бахарева М.Ф., А.В. Дмитриев, Статистическое альвеновское ускорение электронов во внешней магнитосфере Земли, Геомагнетизм и аэрономия, 42(1), 21 – 31, 2002. Вакулов П.В., Л.М. Коврыгина, Ю.В. Минеев, Л.В. Тверская, Динамика внешнего пояса энергичных электронов во время умеренной магнитной бури, Геомагнетизм и аэрономия, 15(6), 1028-1032, 1975. Демихов А.Г., В.Ю. Трахтенгерц, М. Райкрофт, Д. Нани, Ускорение электронов в магнитосфере свистовыми волнами переменной частоты, Геомагнетизм и аэрономия, 46(6), 751-756, 2006. Иванова Т.А., Н.Н. Павлов, С.Я. Рейзман, И.А. Рубинштейн, Э.Н. Сосновец, Л.В. Тверская, Динамика внешнего радиационного пояса релятивистских электронов в минимуме солнечной активности, Геомагнетизм и аэрономия, 40(1), 13-18, 2000. Кузнецов С.Н., Л.В. Тверская, Радиационные пояса, Модели Космоса, под ред. М.И. Панасюка, М., Университет, Книжный дом, 2007 , с. 518-546. Лайонс Л., Д. Вльямс, Физика магнитосферы, М. Мир, 1987. Панасюк М.И., С.Н.Кузнецов, Л.Л. Лазутин и др. Магнитные бури в октябре 2003 г.

Похожие:

	Реферат Отчет 142 стр., 13 рис., 7 таблиц, список литературы 2 наименования Директор научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына мгу имени М. В. Ломоносова		А. В. Брюханов летопись природы Отчет «Летопись природы национального парка «Зюраткуль» за 2002 год» содержит 187 стр., включая 6 таблиц и 5 приложений. Список использованной...
	Реферат Отчет 120с., 13 рис., 19 таблиц в тексте, 39 источников Фундаментальные исследования, организация управления фундаментальными исследованиями, масштабы, тенденции развития фундаментальных...		Реферат Отчет 25 стр., 1 рис Ключевые слова: космология, внегалактическая астрономия, звезды, межзвездная среда, активные ядра
	Реферат Отчёт изложен на 36 страницах, включает 12 таблиц, 3 рисунка,... «Мониторинг и прогнозирование состояния продовольственной безопасности на территории Калужской области. Практические рекомендации...		Реферат Требование к структуре реферату Реферат должен быть выполнен самостоятельно каждым студентом на 5 или более листах формата А4 (не включая титульный лист, содержание,...
	Реферат Отчет: 180 стр., 11 рис., 12 табл., 72 источника ...		Тематическое планирование стр. 7 2 Требования к уровню подготовки... В числе приоритетных целей изучения музыкального искусства в начальной школе выступают
	Реферат Баранов К. Г., Игнатенков А. И. Дипломный проект на тему... Общий объем проекта составляет 78 страниц. Дипломный проект содержит 1 рисунок, 16 таблиц. Список литературы представлен 30 источниками...		Реферат (18 стр., рис., 3 табл.) Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо ракитинское
	Реферат Отчет с. 22, рис., 3 табл Объектом исследования являлись системы централизованного водоснабжения мо г п. Одоев		Реферат. Отчет…23с., рис., 4 табл Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо кожинское
	Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58		Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58
	Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58		Реферат Отчет 35 с., 3 главы, 16 рис., 1 табл., 12 источников, 5 прил Объектом разработки является программа восстановления каркасных 3D объектов по 2D проекциям