Основные научные результаты проекта интербол
Скачать 393.24 Kb.
|
| Основные научные результаты проекта ИНТЕРБОЛ: Процессы на Солнце, сильные возмущения в межпланетной среде их влияние на околоземное пространство. Солнечные вспышки. Возрастание потоков энергичных заряженных частиц, зарегистрированных 14 июля 2000 г. на космических аппаратах Интербол, ACE, SOHO связано с корональным выбросом и солнечной вспышкой Х5,7/3В в активной области NOAA 9077. Следует отметить две наиболее существенные особенности структуры временных профилей потоков частиц: резкие и значительные изменения, наблюдаемые одновременно для широкого диапазона энергий частиц (от десятков кэВ до сотен МэВ), и длительное порядка 18 часов сохранение чрезвычайно высоких величин потоков частиц. Впервые показано, что такая временная структура потоков формируется в межпланетном пространстве тремя ударными волнами и двумя корональными выбросами, образующими несколько квазизамкнутых пространственных структур. В рамках задач прогнозирования величин потоков от крупных солнечных вспышек предлагается выделить в отдельный класс события, которые происходят в периоды распространения в межпланетном пространстве нескольких ударных волн. Для таких событий велика вероятность сохранения длительное время значительных потоков энергичных частиц. Магнитные облака и их воздействие на магнитосферу Земли. Измерения, выполненные на спутнике ИНТЕРБОЛ-1, позволили исследовать ряд крупномасштабных возмущений магнитосферы, возникающих при набегании на нее гигантских «магнитных облаков». Такие «облака» плотной солнечной плазмы, обладающие специфичной структурой магнитного поля, формируются в межпланетном пространстве при выбросе из внешних областей Солнца - солнечной короны - больших масс горячего вещества. Большое возмущение магнитосферы было зарегистрировано в октябре 1995 г. и одно из самых сильных произошло 10- 11 января 1997 г. Каждый раз во время прихода к Земле «магнитного облака» магнитосфера сильно сжимается (расстояние до дневной магнитопаузы уменьшается почти вдвое), ее внутренние полости заполняются экстремально интенсивными потоками энергичных частиц и развивается сильная магнитная буря. Такие события оказывают сильное воздействие на полярную ионосферу и работу различного рода радиосистем, а также способны приводить к авариям в энергосистемах, трубопроводах и проводных линиях в арктических районах. Интенсивные потоки энергичных частиц могут выводить из строя космические аппараты, что было продемонстрировано выходом из строя американского спутника-ретранслятора TELSTAR-401. Солнечный ветер. Исследование временных и пространственных масштабов в солнечном ветре. В рамках научных исследований проекта проводились работы по изучению корреляций плазменных потоков и магнитного поля, измеренных одновременно на нескольких космических аппаратах. Показано, что усредненный коэффициент кросс-корреляции потоков ионов солнечного ветра, измеренных одновременно на широко разнесенных аппаратах ИНТЕРБОЛ-1/IMP8/WIND, оказывается достаточно большим и равен 0,75 (при медиане 0,82), т.е., в среднем, соответствие потоков в разнесенных точках довольно хорошее. При этом лаги, соответствующие максимуму корреляции, не очень велики и находятся в большинстве случаев в пределах +/- 600 сек. Подсчитанные раздельно для обоих пар аппаратов (ИНТЕРБОЛ-1/IMP8 и ИНТЕРБОЛ-1/WIND) значения коэффициента корреляции хорошо совпадают. Однако, хотя максимум гистограммы корреляций приходится на весьма высокие значения (0,8-0,9), это распределение имеет длинный «хвост» в сторону малых величин, т.е. заметное число событий имеет «плохую» корреляцию. Сопоставление значений коэффициента корреляции, полученных в широком диапазоне расстояний между аппаратами вдоль линии Солнце-Земля (dXse) - от 0 до 200 Re - показывает, что зависимость корреляции от этого расстояния практически отсутствует. Это означает, что характерное время изменения рассматриваемых структур (с масштабами от десятков тыс. км до млн. км) достаточно велико и, в среднем, значительно превышает время движения солнечного ветра между рассматриваемыми аппаратами (от нескольких минут до одного часа). Сопоставление значений коэффициента корреляции, полученных при изменении расстояния (dYZse) между аппаратами в плоскости, перпендикулярной направлению распространения солнечного ветра, от 0 до 90 Re позволяет утверждать, что, в среднем, такая зависимость имеется, хотя и оказывается весьма слабой, - с ростом расстояния dYZse корреляция потоков, в среднем, уменьшается. Полученные на основании указанной зависимости оценки показывают, что корреляционная длина рассматриваемых структур солнечного ветра в поперечном направлении имеет порядок 500-1000 Re (3-6 млн. км). Зависимость коэффициента корреляции потоков солнечного ветра от его скорости в диапазоне ее изменения от 300 до 600 км/с также весьма слаба, но всё же можно утверждать, что структуры высокоскоростных потоков коррелируют несколько меньше, чем структуры низкоскоростного ветра. В потоке солнечного ветра имеются малые (по относительной амплитуде менее 10-20%) вариации, которые носят локальный характер и, в силу этого, не коррелируют уже на расстояниях в десятки тысяч км; с другой стороны достаточно большие относительные вариации потока (30% и более) являются проявлением более крупномасштабных структур, которые хорошо коррелируют и на довольно больших расстояниях - до нескольких сот тысяч км. Сопоставление одновременных измерений плазмы солнечного ветра и межпланетного магнитного поля на двух разнесенных аппаратах показывает, что уровни их корреляции в среднем совпадают, однако для отдельных временных интервалов корреляции магнитных и плазменных структур в значительной степени независимы - сходное поведение потоков ионов может сопровождаться большим различием в динамике ММП и наоборот. Это может свидетельствовать о различии поперечных масштабов плазменных и магнитных структур или же о том, что тезис о «вмороженности» магнитного поля в плазму для структур рассматриваемого масштаба (десятки и сотни тыс. км) является довольно относительным. Большие и резкие возрастания потока солнечного ветра. Привлечено внимание к довольно часто наблюдающимся в солнечном ветре большим и резким импульсным возрастаниям или спадам потока ионов. Детально рассмотрен пример подобных возрастаний, когда поток ионов в течение нескольких минут увеличивается в несколько раз, достигая весьма высокого уровня - 2-3109 см-2 с-1, на порядок превышающего обычный. Это событие, по-видимому, связано со сжатием потока на фронте взаимодействия быстрого и медленного течений солнечного ветра. На основе измерений с высоким временным разрешением при довольно большой статистике (около 200 событий) получены распределения амплитуды и длительности фронтов и оценка величины градиентов плотности (потока ионов) в резких импульсных возрастаниях или спадах. Наиболее быстрые возрастания и спады потока ионов имеют пространственный масштаб всего в несколько десятков гирорадиусов протонов. Необходимо отметить, что импульсные возрастания или спады плотности солнечного ветра весьма часто происходят и на фоне отсутствия изменений скорости потока (т.е. они не связаны с взаимодействием разноскоростных потоков), а также при мало меняющихся величине и направлении магнитного поля (т.е. не в связи с приходом разрывов или секторных границ ММП). Можно полагать, что они представляют собой особые случаи развития неустойчивостей в плазме солнечного ветра при ее движении от Солнца. Определение ориентации структур плазмы в солнечном ветре. Эта проблема представляется очень важной для задачи предсказания космической погоды по данным удаленного монитора солнечного ветра. Действительно, время распространения структуры плазмы солнечного ветра между двумя КА зависит от переносной скорости солнечного ветра, положения аппаратов и ориентации этой структуры в пространстве. Показано, что вклад коротирующей солнечной компоненты в ориентацию структур плазмы солнечного ветра составляет, в среднем, около 10. Эта величина значительно меньше, чем угол паркеровской магнитной спирали 45 на орбите Земли. При этом структуры плазмы наклонены к направлению перпендикулярному своему движению, в среднем, на угол около 27. Однако существует достаточно большой разброс в ориентации структур от –59 до +68. Количество структур с положительным наклоном (ориентация паркеровской спирали) составляет около 70%, а структур с отрицательным наклоном только 30%. Такое различие в ориентации по знаку может быть объяснено влиянием коротации, закручивающей структуры плазмы дополнительно в положительном направлении, т.е. в направлении средней ориентации межпланетного магнитного поля. Форшок околоземной ударной волны. Быстрые вариации потока ионов и магнитного поля. С помощью измерений на космическом аппарате ИНТЕРБОЛ-1 и субспутнике МАГИОН-4 впервые показано, что область форшока (область вверх по потоку плазмы от ударной волны) характеризуется не только большими вариациями магнитного поля (известными ранее), но и существующими всегда одновременно с ними быстрыми колебаниями потока ионов солнечного ветра, также имеющими большую амплитуду. Уровни относительных вариаций как магнитного поля, так и потока ионов постепенно спадают от примерно 30% (прямо за фронтом ударной волны) до примерно 10% (на внешней границе форшока). При этом относительные уровни вариаций обоих параметров приблизительно равны. Имеется четкое соответствие между спектрами надтепловых ионов, отраженных от ударной волны, и уровнем колебаний - во-первых, интенсивные колебания потока ионов солнечного ветра и магнитного поля существуют только тогда, когда наблюдаются заметные потоки «отраженных» ионов, и, во-вторых, уровень колебаний потока ионов солнечного ветра возрастает, когда средняя энергия «отраженных» ионов повышается до 20 КэВ и более и их энергетические спектры становятся широкими («диффузными»). Сравнение спектров мощности колебаний магнитного поля и потока ионов в области форшока в диапазоне 10 -2 - 10 Гц показывает, что частотный ход спектров этих параметров в области форшока совпадает во всем рассматриваемом диапазоне частот. Значения наклона спектров флуктуаций магнитного поля и потока ионов в области форшока близки к колмогоровскому. Наличие высокой положительной корреляции вариаций потока ионов и модуля магнитного поля, по-видимому, свидетельствует о генерации в форшоке возмущений плотности с сохранением вмороженности силовых линий магнитного поля, т.е. волн сжатия. Обнаруженная большая положительная корреляция вариаций плотности плазмы и модуля поля в форшоке является следствием развития быстрой моды магнитозвуковых колебаний. Анализ одновременных измерений на спутниках ИНТЕРБОЛ-1, МАГИОН-4 и GEOTAIL позволил оценить корреляционный масштаб области форшока, который является ключевым параметром в решении вопроса о модификации солнечного ветра при прохождении этой области. Околоземная ударная волна. Эффект приближения околоземной ударной волны к планете при уменьшении Альвеновского числа Маха. Исследована зависимость положения околоземной ударной волны от параметров солнечного ветра. Использование при анализе аналитической модели околопланетных ударных волн позволило экспериментально обнаружить тонкий эффект приближения околоземной ударной волны к планете при уменьшении Альвеновкого числа Маха. Обнаруженный эффект реализуется только в случаях когда направление межпланетного магнитного поля практически параллельно скорости солнечного ветра. В остальных случаях околоземная ударная волна удаляется от планеты при уменьшении Альвеновского или звукового чисел Маха в соответствии с общепринятыми представлениями. Природа низкочастотной вистлерной турбулентности на околоземной ударной волне. Большое число моделей предложено для объяснения наблюдений низкочастотных (НЧ) вистлерных колебаний вблизи рампа ударной волны. Одна из этих моделей соотносит эти волны с нелинейной динамикой структуры рампа. С использованием данных магнитных измерений на борту космического аппарата ИНТЕРБОЛ-1 впервые показано, что в результате взаимодействий типа волна-волна сравнительно низкочастотные волны большой амплитуды, образующиеся при нелинейной эволюции рампа, путем многокаскадных процессов передают энергию вистлерной турбулентности. Взаимодействие ударной волны с межпланетными разрывами и потоки плазмы с аномальными свойствами (HFA). Измерения на спутнике ИНТЕРБОЛ-1 позволили детально исследовать плазменные структуры с аномально горячими потоками плазмы (HFA) в солнечном ветре (СВ) вблизи фронта околоземной ударной волны (ОУВ). Эти структуры образуются при взаимодействии разрывов в межпланетном магнитном поле с ОУВ. Скачок температуры на границе HFA как правило в 2 раза выше, а скачок плотности в 2 раза меньше чем при пересечении фронта ОУВ. Плазма более изотропна в хвостовой (обращенной к Солнцу) стороне HFA. Область с холодной ионной компонентой, движущаяся преимущественно в антисолнечном направлении, находится в середине между этими частями HFA. Две ионные компоненты обычно видны внутри HFA, одна из которых представляет собой, по-видимому, разреженный и нагретый пучок СВ, а вторая напоминает собой диффузный поток ионов уходящих вверх по потоку (upstream) от фронта УВ. Структуры с аномальными свойствами потока плазмы наблюдаются также и вниз по потоку от фронта ОУВ, в переходной области. Предполагается, что плазменные структуры с аномальными свойствами потока могут сохраняться, распространяясь через переходную область, и приводить к сильным вариациям динамического давления на магнитопаузе, и как следствие, вызывать осцилляции на магнитопаузе. Действительно, когда в переходной области наблюдалась серия аномалий потока, были зарегистрированы квазипериодичесие колебания магнитопаузы. Впервые на космических аппаратах проекта ИНТЕРБОЛ удалось зарегистрировать сильное смещение магнитопаузы, связанное с аномально горячими потоками плазмы. Измерения, проведенные вблизи границы магнитосферы 1 июля 1996г. показали два необычно быстрых прохода магнитослоя (от ударной волны до магнитопаузы) мимо спутника в течение менее 8 минут. Столь необычно быстрое пересечение магнитослоя было вызвано распространением в антисолнечном направлении поверхностной волны на магнитопаузе с амплитудой, превышающей 5 RE. Такая волна может быть следствием сильного и кратковременного уменьшения давления, связанного с формированием области горячего разреженного и отвернутого течения плазмы (HFA), быстро двигающейся в направлении, перпендикулярном линии Солнце-Земля, и медленно - в антисолнечном направлении. Магнитослой (переходная область). Природа сильных вариаций потока плазмы и магнитного поля в магнитослое. Доказано количественно (и для отдельных событий, и на большой статистике), что сильные вариации плазмы и магнитного поля в магнитослое в большинстве случаев имеют внутреннее происхождение, т.е. генерируются непосредственно в магнитослое (по-видимому, вблизи ударной волны) и, следовательно, могут приводить к значительным магнитосферным возмущениям даже в условиях совсем спокойной межпланетной среды. Причины развития таких структур могут быть разными для квази-параллельных и квази-перпендикулярных ударных волн. В первом случае, это могут быть быстрые вариации плазмы и поля в форшоке, сносимые через ударную волну в магнитослой. Во втором случае, это может быть следствием развития различных неустойчивостей в плазме под действием множества почти моноэнергетических пучков, на которые разбивается функция распределения ионов сразу за фронтом ударной волны. Показано, что вариации плотности плазмы представляют собой устойчивые структуры сжатия и разрежения, движущиеся вместе с потоком и проходящие без разрушения большие расстояния (10-20 Re) вдоль магнитослоя. Все параметры плазмы и модуль магнитного поля в магнитослое, как правило, испытывают большие и быстрые вариации, значительно превышающие те, которые одновременно наблюдаются в солнечном ветре. Из различных параметров плазмы наиболее сильно в магнитослое меняется плотность плазмы и, соответственно, поток ионов (среднечасовое значение относительных среднеквадратичных отклонений составляет 0.2-0.3). Сравнение вариаций потока ионов и модуля магнитного поля в магнитослое с газодинамической моделью Спрайтера показывает, что эта модель удовлетворительно описывает поведение параметров для среднечасовых данных, но наблюдаемые большие вариации потока и поля на минутных интервалах не объясняются, в большинстве случаев, ни вариациями солнечного ветра, ни движением магнитослоя как целого. Сравнение одновременных наблюдений вариаций потока ионов в магнитослое, проведенных на нескольких широко разнесенных (10 Re и более) спутниках, показывает, что эти вариации имеют примерно одну и ту же величину и, в ряде случаев, хорошо коррелированный временной ход при сдвиге, соответствующем движению плазмы в магнитослое от одной точки наблюдения к другой. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
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... |
