ФИЗИКА КОСМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫ
  1. Открытие нового явления - пучков почти моноэнергетических ионов (ПМИ) с энергиями 50-200 кэВ в переходной области и солнечном ветре. Статистический анализ свойств ПМИ показал, что они могут быть ионами солнечного ветра, ускоренными во всплеске электростатического поля на магнитопаузе или на ударной волне.
    Открытие в ходе эксперимента ДОК-2 (ИНТЕРБОЛ, Хвостовой зонд) нового явления - пучков почти моноэнергетических ионов (ПМИ) с энергиями 50-400 кэВ в переходной области и солнечном ветре. Спектры ПМИ состоят из 1-3 узких линий, значения энергий которых почти не меняются за время события (~ 1мин). За 3 года работы было зарегистрировано более 200 таких событий. Отношение энергий пиков в спектре составило 1:2 для спектров с 2 пиками и 1:2:(5-6) для спектров с 3 пиками. Это позволило предположить, что ПМИ могут быть ионами солнечного ветра H+, He++ и (C,N,O)+(5-6), ускоренными во всплеске электростатического поля на магнитопаузе или на ударной волне. Была предложена модель ускорения ПМИ, объясняющая их основные свойства. Эта модель предполагает существование механизма концентрации разности потенциалов ~ 100 кэВ, существующей на магнитосфере (от конвекционого электрического поля) в малой области на магнитопаузе с размерами ~ 1000 км. Открытие ПМИ стало возможным благодаря высокому энергетическому разрешению аппаратуры ДОК-2.
    (снс, к.ф-м.н Луценко В. Н., 333-20-00)
  2. Открыт турбулентный пограничный слой (ТПС) как постоянная структура на высокоширотной границе магнитосферы.
    Статистика по магнитному полю (эксперимент АСПИ на КА ИНТЕРБОЛ-1) за март 1997- март 1998 гг. показывает, что в 83% случаев регистрируются КНЧ волны с амплитудой свыше 10 нТ, причем над полярным каспом ТПС может быть аппроксимирован пятном размером 6 радиусов Земли (Re) с усредненным за год максимумом амплитуды 37 нТ в диапазоне 0,05 – 2 Гц. Оценки диффузии показывают, что, по порядку величины, ТПС может обеспечить наполнение солнечной плазмой как каспов, так и низкоширотных погранслоев. ТПС простирается также и в геомагнитный хвост до расстояний Х = - 20 Re, причем амплитуда магнитной турбулентности спадает с расстоянием от Земли. Однако, эта амплитуда является достаточно высокой, чтобы обеспечить диффузию солнечной плазмы в ТПС до расстояний Х = - 15 Re. Предварительное сравнение данных с нескольких космических аппаратов (ИНТЕРБОЛ-1,2, ПОЛАР, ГЕОТЕЙЛ, ВИНД и др.) показывает, что ТПС обеспечивает заполнение магнитосферы солнечной плазмой параллельно с глобальным пересоединением магнитных силовых линий. В условиях возмущенного геомагнитного поля и солнечного ветра турбулентная диффузия может иметь место также и на низкоширотной магнитопаузе. Для сравнения, мощность колебаний магнитного поля на головной ударной волне в среднем за год в 1,3 раза меньше, чем в ТПС.
    (зав. лаб. 545, д.ф-м.н. Климов С. И., 333-11-00)
  3. Определена структура плазмы и магнитных полей в локализованных магнитных силовых трубках (FTE), образующихся про пересоединении межпланетного и магнитосферного магнитных полей, которая принципиально отличается от ранее исследованных.
    По данным наблюдений прибора СКА-1 на хвостовом зонде ИНТЕРБОЛ 15 февраля 1996 г была проанализирована плазменная структура магнитосферного FTE. Показано, что она принципиально отличается от структуры FTE, детально проанализированной в литературе по результатам измерений на спутнике AMPTE-UKS. В отличие от случая симметричного FTE, интерпретированного как прохождение спутником AMPTE-UKS выступа в слое нестационарного пересоединения, FTE, наблюдавшийся на спутнике ИНТЕРБОЛ, имеет несимметричный характер. Детальный анализ плазменной структуры FTE показывает, что его более плотная головная часть менее разогрета и имеет большую и более стабильную скорость, чем хвостовая часть. Хвостовая часть более турбулентна, чем головная часть. Дискретные плазменные образования в низкоширотном пограничном слое, одними из которых является обсуждаемые FTE, составляют монотонную последовательность, в которой они сохраняют двойную структуру, но в то же время закономерным образом меняют свои концентрацию и температуру, одновременно теряя конвективную скорость. Это явление интерпретируется как внедрение плазменных сгустков в низкоширотный пограничный слой в результате нестационарного пересоединения, их отрыв от потока плазмы в переходной области и дальнейшая ассимиляция в магнитосфере. Часть этих дискретных плазменных образований имеет магнитную структуру FTE.
    (зав. лаб. 546, д.ф-м.н. Вайсберг О. Л., 333-34-56)
  4. Наблюдения прохождения плазмоида, выполненные на двух КА во время фазы развития суббури позволяют предполагать, что впервые, по-видимому, зарегистрировано новое динамическое явление в хвосте: асимметричный плазмоид.
    Удачное расположение спутников 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 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. Существуют теоретические работы, показывающие, что при антисимметричных возмущениях магнитные острова образуются по обе стороны от нейтрального слоя и развиваются колебания типа твистинг моды.
    (н.с. Бородкова Н. Л., 333-13-88)
  5. Внутренняя изменчивость плазменных распределений в магнитосферном хвосте. Обнаружен новый эффект вариаций магнитосферного хвоста с характерным временем 3-5 мин. даже при стационарных условиях в солнечном ветре.
    Результаты полного кинетического крупномасштабного моделирования равновесных состояний магнитосферного хвоста при длительном южном направлении ММП привели к необычному результату: даже при абсолютной стационарности внешних плазменных источников, пополняющих хвост, он никогда не достигает полностью равновесного состояния. Внутренняя изменчивость проявляется в квазипериодических колебаниях удалённой Х-линии между двумя предельными положениями (40-70 радиусов Земли в типичных расчётах) с периодом 4-5 минут. Физический механизм таких колебаний связан с неадиабатичностью ионов, переносящих ток в области ускорения вблизи возникающей Х-линии. Сильное ускорение приводит к потере токопереносящих частиц и разрыву токового слоя. Нейтральная линия возникает в другом месте до тех пор, пока конвекция не принесёт новые частицы, способные восстановить ток и воссоздать предшествующую конфигурацию. Подобная переменность, отражающая внутреннюю динамику частиц в хвосте, очень часто наблюдается при измерениях на ИСЗ ИНТЕРБОЛ-1 и других КА в так называемые спокойные периоды. Учтено и влияние электронной компоненты плазмы на этот процесс. Электроны приводят к уширению токового слоя и некоторому замедлению внутренних колебаний.
    (зав. отделом, д.ф-м.н. Зеленый Л. М., 333-51-22)
  6. Получены убедительные доказательства открытой топологии магнитосферы в районе каспа и существование пересоединения на магнитных силовых линиях полярной шапки при северном межпланетном магнитном поле.
    Исследована эволюции функции распределения ионов вблизи магнитопаузы в области внешнего каспа по мере продвижения вглубь магнитосферы - от D-типа к плоской и далее к имеющей форму тора. Эта эволюция подтверждает справедливость открытой модели магнитосферы и объясняется постепенным “закрытием” области “открытой” магнитопаузы для данной силовой линии в процессе конвекции. Подтверждено наличие пересоединений к северу от каспа при северном направлении межпланетного магнитного поля и соответственно существование открытой магнитосферы и при этих условиях. Экспериментально показано, что положение области пересоединения зависит от ориентации ММП. Любое изменение направления ММП ведет к изменению тополгии внешнего поля и к изменению характеристик потоков частиц. При бытрых изменениях ММП внешние области каспа кажутся тубулентными. В области внешнего каспа, в области предсказанного моделями минимума геомагнитного поля обнаружена область с резкой границей, содержащая надтепловую плазму с питч-углами 90 град.
    (снс А.Федоров 333-14-67)
  7. Проведен детальный анализ корреляций потоков ионов и магнитного поля солнечного ветра на основе данных многоспутниковых измерений.
    На основе сопоставления одновременных наблюдений как плазмы, так и магнитного поля на широко разнесенных космических аппаратах (ИНТЕРБОЛ-1, WIND, IMP 8) показано, что средние значения коэффициентов кросс корреляции для величин, измеренных на двух аппаратах - потока ионов и амплитуды магнитного поля, примерно одни и те же (около 0.7). Однако, несмотря на общепринятое представление о вмороженности магнитного поля в плазму солнечного ветра, конкретные уровни корреляций (т.е. масштабы структур) для одновременных измерений плазмы и поля отличаются очень значительно.
    (с.н.с., к.ф-м.н Застенкер Г. Н., 333-13-88)
  8. Предложен новый механизм генерации низкочастотных электростатических волн в нейтральном слое хвоста магнитосферы Земли, связанный со специфическим видом функции распределения ионов вблизи области обращения магнитного поля.
    Изучен механизм генерации низкочастотных электростатических волн в нейтральных слоях. Показано, что причиной возбуждения электростатических колебаний является неизотропный вид ионной функции распределения, обусловленный наличием практически пустых зон в фазовом пространстве, вблизи области обращения магнитного поля. В квазилинейном приближении исследовано обратное воздействие возбуждаемых волн на распределение ионов и вычислена энергия электростатических колебаний в зависимости от начального вида функции распределения ионов.
    (с.н.с., к.ф-м.н. Буринская Т. М., 333-45-34)
  9. Регистрация прямым методом в эксперименте на станции МИР нейтральных атомов гелия He-4 межзвездного происхождения.
    На основе детального лабораторного масс-спектрометрического анализа, получены убедительные доказательства того, что захваченные в образцах фольги, доставленных на Землю после экспозиции весной 1996 г. на станции МИР (прибор КОМЗА), атомы He-4 имеют межзвездное происхождение. Получена оценка полного числа зарегистрированных атомов - 1.4 E+09 см-2 , что соответствует концентрации межзвездных атомов гелия на границе Солнечной системы около 0.02 част./см3.
    (с.н.с., к.ф-м.н Застенкер Г. Н., 333-13-88)
  10. По результатам измерений энергичных частиц на борту КА Джотто при встрече с кометой Григ-Скеллерап 10 июля 1992 г. показано, что после пролета основного ядра на расстоянии 90x103 км вдоль траектории КА Джотто наблюдалась вторая комета, которая либо имеет независимое происхождение, либо является результатом расщепления основного ядра.
    На борту КА Джотто при встрече с кометой Григ-Скеллерап 10 июля 1992 г. прибором ЭПОНА были зарегистрированы значительные возрастания потоков энергичных частиц в диапазоне энергий 60-260 кэВ. Эти возрастания имели тонкую внутреннюю структуру, которая отражала пересечение характерных областей околокометного пространства. Кроме того, аналогичное возрастание потоков в диапазоне энергий 60-100 кэВ с примерно одинаковой амплитудой и внутренней структурой было зарегистрировано и после пролета кометы на расстоянии 90x103 км вдоль траектории КА Джотто. Анализ возможных причин второго возрастания потоков привел к заключению, что оно свидетельствует о пролете другой кометы меньшего размера, которая либо имеет независимое происхождение, либо является результатом расщепления основного ядра.
    (к.ф.-м.н. В.В. Афонин, т. 333-10-23)
  11. Анализ данных полученных на КА ИНТЕРБОЛ-1 показал, что в турбулентном пограничном слое (ТПС) на высокоширотной границе магнитосферы наблюдается частичное превращение кинетической энергии солнечного ветра в тепловую. Поток солнечного ветра, попадающий над каспом в воронки с низким магнитным давлением, может быть частично “захвачен” в этих воронках. Захваченная часть потока возбуждает турбулентность снаружи магнитопаузы за счет многокаскадной диссипации кинетической энергии потока плазмы. Диссипация энергии происходит не однородным образом, а в когерентных нелинейных альфвеновских вихрях, обволакивающих нагретую почти размагниченную плазму (т.н. “диамагнитные пузыри”, ДМП). Таким образом, ТПС напоминает кипящую жидкость – двухфазовую среду, состоящую из замагниченной плазмы солнечного ветра и ДМП. Данные за март1997- март 1998 гг. показывают, что ДМП регистрировались более чем в 82% случаев, их области регистрации статистически совпадают с ТПС, хотя локально ДМП проникают в магнитосферу и переходную область за пределы ТПС. В среднем магнитное поле внутри ДМП меньше в 8,3 раза, чем снаружи, средний нагрев ионов больше в 1,5-3 раза, электронов – более чем в 1,5 раза. Сравнение данных ИНТЕРБОЛ-1 и ГЕОТЕЙЛ 27 января 1997 г. показывает, что на высоких широтах уже за ТПС в переходной области кинетическая и тепловая энергия плазмы равны, тогда как на низких широтах кинетическая составляет 20% от тепловой, причем их сумма на 15 % выше на высоких широтах. Это свидетельствует о существенном влиянии ТПС не только на диффузию плазмы но и на обтекание ею магнитосферы.
    (с.н.с. к.ф-м.н. Савин С. П., 333-11-00)
  12. Исследован ионный состав так называемого “ионного фонтана” в каспе- области выноса в магнитосферу сверхтепловых ионов полярной верхней ионосферы на дневной стороне. Показано, что “ионный фонтан” является результатом эффективного нагрева тепловых ионов Н+, Не+, О+ с образованием “конических пучков” в узкой области широт на высотах, в основном, 2000-5000 км, но этот нагрев/ускорение ионов продолжается, по крайней мере, до высот ~ 10 000 км. Источником этого нагрева являются процессы передачи энергии тепловым ионам от энергичных частиц магнитослоя, вторгающихся в магнитосферу в каспе, через взаимодействия заряженных частиц с волнами
    (аспирант Д.Чугунин, 333-11-22)
  13. На полярной границе аврорального овала в стационарных условиях обнаружена “плазменная стенка” с плотностью тепловой плазмы, на порядок превышающей плотность над авроральным овалом и над полярной шапкой. Эта структура в тепловой плазме играет важную роль для условий генерации и распространения волн в магнитосферной плазме.
    (зав. лаб. 547, д.ф-м.н. Гальперин Ю. И., 333-14-22)
  14. Обнаружено новое явление - ускорение вверх электронов на полярной границе овала полярных сияний до энергий более 20 кэВ. Эти процессы ускорения развиваются в условиях турбулентной плазмы магнитосферы и сопровождаются продольным ускорением части электронов плазменного слоя как вниз, так и вверх до энергий порядка кэВ. Отмечено, что когда пучок энергичных восходящих электронов существует в течение нескольких минут, происходит мощная вспышка интенсивности частиц в широком диапазоне энергий, после которой восходящий пучок появляется вновь, причем с большей интенсивностью, чем до вспышки. Орбита спутника неоднократно позволяла наблюдать такую временную эволюцию восходящего пучка в течение 10-30 минут приблизительно в одной и той же области магнитосферы на полярном краю послеполуночного овала полярных сияний. Одно из возможных объяснений этого эффекта - дестабилизация дальней области хвоста магнитосферы (куда проектируются магнитные силовые линии из области ускорения электронов) энергичными электронами, ускоренными над областью полярных сияний, т.е. последовательность процессов, обратная общепринятой для возбуждения вспышек полярных сияний.
    (зав. лаб. 547, д.ф-м.н. Гальперин Ю. И., 333-14-22)
  15. Обнаружены новые физические явления при измерениях на Авроральном зонде в переходной области между полярной шапкой и авроральной зоной, представляющие собой дисперсионные структуры в спектрах электронов и ионов. Эти структуры монотонно смещаются в сторону низких энергий, причем для ионов они выглядят как узкие пики с энергиями 50-300 кэВ.
    (снс, к.ф-м.н Луценко В. Н., 333-20-00)
  16. Обнаружено, что дисперсионные структуры ионов Н+ и Не+, занимают диапазон энергий вплоть до тепловых и сверхтепловых энергий (~ 1-50 эВ). Они возникают на высотах в несколько радиусов Земли и более. В основном, они возникают при вспышечных прорывах в магнитосферу обтекающей ее горячей плазмы солнечного ветра. Но показано, что наряду с этим, по крайней мере частично, наблюдаемая картина формируется в результате нагрева и локального ускорения частиц тепловой плазмы. Нагрев и ускорение тепловых ионов, вероятно, являются результатом взаимодействия разреженной тепловой плазмы с интенсивными пучками энергичных частиц, генерируемыми в околоземном плазменном слое на ночной стороне, либо во внешнем каспе и/или на магнитопаузе на дневной стороне. Во многих случаях эти дисперсионные структуры ионов сопровождаются коническими пучками ионов Н+, Не+ и О+, ускоренными в верхней ионосфере.
    (зав. лаб. 547, д.ф-м.н. Гальперин Ю. И., 333-14-22)
  17. Исследованы дисперсионные структуры вторжений протонов и ионов гелия из низкоширотного плазменного слоя вдоль всей дневной магнитопаузы и на ее вечернем и утреннем флангах. Измерения позволяют определить расстояния до областей инжекции (обычно 10 - 30 земных радиусов) и выявить вспышечную структуру процессов инжекции с характерным временем порядка минут. (Ранее аналогичные структуры наблюдались со спутника VIKING, но без анализа ионов по массам). Во многих случаях инжекции следуют одна за другой на протяжении нескольких минут.
    (зам. дир.д.ф-м.н. Р.Ковражкин, 333-44-12)
  18. Обнаружено высыпание ионов О+ ионосферного происхождения с теми же скоростями и тем же положением источника, как и одновременные высыпания Н+ из переходной области. Силовая линия, вдоль которой происходило высыпание, проектируется на фланг магнитосферы. Силовая линия к моменту инжекции (в результате пересоединения или других процессов) уже была наполненна ионами ионосферного происхождения. Это впревые наблюдаемое явление, проясняющее характер и структуру процессов в низкоширотном пограничном слое.
    (н.с. Е.Будник 333-14-67)
  19. Одновременными измерениями с двух спутников ИНТЕРБОЛ-1 и ИНТЕРБОЛ-2 в условиях прохождения магнитного облака 11 декабря 1996 г. показано, что при резкой смене направления межпланетного магнитного поля (ММП) с южного на северное во всей высокоширотной магнитосфере в течение всего нескольких секунд (около 01ч.47.) резко возросла интенсивность электронов с энергиями более 20 кэВ. Процессы ускорения и распространения ускоренных высокоэнергичных частиц в столь широкую область околоземного пространства могут быть обусловлены ее радикальной перестройкой в условиях резкой смены ММП
    (к.ф-м.н. Шуйская Ф. К., 333-11-22)
  20. Измерения электрического потенциала корпуса спутника ИНТЕРБОЛ-2 (эксперимент ИЭСП-2 - РОН) показали, что для эквипотенциализированного КА потенциал положителен при концентрациях, меньших 30 см-3, и, как правило, не превышает 8-10 В. Полученные результаты хорошо согласуются с модельными расчетами потенциала для "больших" спутников (R Lt? J Rsc) и позволяют получить оценку электронной концентрации вдоль орбиты спутника методом Педерсена. Измерения показали, что концентрация электронов в апогейной части орбиты составляет обычно несколько частиц в см3.
    (н.с. Веселов М. В., 333-11-22)
  21. Наблюдения на ИНТЕРБОЛе с помощью СКА-1 позволили зарегистрировать ряд аномалий потока перед фронтом ударной волны и в переходной области. Эти аномалии имеют те же признаки, которые отмечались раньше другими исследователями: расположение вблизи токового слоя, разделяющего квазипараллельный режим ударной волны от квазиперпендикулярного, сильное отклонение потока от направления солнечного ветра, иногда вплоть до солнечного направления, сильный нагрев, невысокая плотность и очень высокая температура, низкая средняя величина магнитного поля и сильные его флуктуации и ряд других. Новые результаты на ИНТЕРБОЛе включают в себя: (а) существование четкой структуры с менее горячей лидирующей областью, задней сильно разогретой областью и разделительной областью с основным ионным пучком типа солнечного ветра, (б) наличие двух ионных пучков в аномалии потока, что свидетельствует о важной роли взаимодействия между солнечным ветром и отраженными ионами, и (в) наблюдение серии аномалий потока в переходной области вплоть до магнитопаузы.
    (зав. лаб. 546, д.ф-м.н. Вайсберг О. Л., 333-34-56)
  22. Проведен первичный анализ наблюдений многократных пересечений дневной магнитопаузы 12 апреля 1996 г. Показано, что эти пересечения возникают в результате распространения волн на магнитопаузе, возникающих, по-видимому, в результате внешних воздействий. Вихревые движения в плазме обнаруживаются по обе стороны от магниопаузы. На спутнике Polar одновременно обнаруживается модуляция высыпаний в области каспа с той же периодичностью, что и периодичность колебаний на магнитопаузе. Это показывает, что волны на магнитопаузе вызывают модуляцию пересоединения на магнитопаузе.
    (зав. лаб. 546, д.ф-м.н. Вайсберг О. Л., 333-34-56)
  23. Измерения, проведенные вблизи границы магнитосферы на спутнике ИНТЕРБОЛ-1 24 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, быстро двигающейся в направлении, перпендикулярном линии Солнце-Земля, и медленно - в антисолнечном направлении.
    (н.с. Бородкова Н. Л., 333-13-88)
  24. На основе анализа одновременных наблюдений на спутнике ИНТЕРБОЛ-1 и его субспутнике МАГИОН-4 доказано, что быстрые и большие движения магнитопаузы с амплитудой порядка 0.1-2Re определяются не изменениями давления невозмущенного солнечного ветра (и направления межпланетного магнитного поля), а вариациями потока плазмы в магнитослое вблизи магнитопаузы.
    (с.н.с. Г.Н. Застенкер 333-13-88)
  25. Подтверждено, что в магнитослое имеют место быстрые (в шкале от минут до десятков минут) и большие (от десятков процентов до нескольких раз по отношению к среднему уровню) колебания потока (плотности) плазмы и модуля магнитного поля. Доказано, что эти колебания не находятся в связи с одновременно наблюдаемыми флуктуациями солнечного ветра и не могут быть объяснены движением магнитослоя как целого. Вопреки ожиданиям уровень вариаций в магнитослое оказывается одним и тем же для квазиперпендикулярных и квазипараллельных ударных волн. Корреляция наблюдений этих вариаций на нескольких спутниках показывает, что они, по-видимому, рождаются в подсолнечной области и сносятся в хвост магнитосферы течением магнитослойной плазмы.
    (с.н.с. М.Н. Ноздрачев, 333-11-00)
  26. Показано, что в области форшока перед околопланетной ударной волной быстрые (в диапазоне от долей секунды до нескольких минут) и большие колебания потока ионов солнечного ветра и амплитуды межпланетного магнитного поля коррелированны между собой в высокой степени (коэффициент кросс корреляции положителен и равен примерно 0.75). Это обстоятельство оказывается непременным признаком форшока и свидетельствует, по-видимому, о развитии быстрой моды магнитозвуковых колебаний. Такой же результат получен по данным спутника GEOTAIL (также вблизи Земли) и аппарата VOYAGER-1 при пролете вблизи Юпитера.
    (с.н.с. Г.Н. Застенкер, тел. 333-13-88)
  27. Структурные свойства турбулентности ММП (межпланетного магнитного поля) можно исследовать в динамической модели, предполагающей, что основным физическим процессом, формирующим структуру ММП, являются сильно нелинейные магнитозвуковые волны. ММП в результате самоорганизуется в кластеры магнитных силовых трубок, имеющих фрактальное распределение в пространстве. Обобщение волнового уравнения на случай распространения поперечных возмущений в "рваной" - фрактальной среде позволило собственные поперечные колебания в этой системе, представляющие собой фрактонные возмущения. Условия самосогласованности влияния свойств фрактонов со свойствами среды, в которой они должны возбуждаться, позволяет оценить как фрактальную размерность распределения ММП (Д=4/3), так и характеристики соответствующего Фурье-спектра плотности энергии магнитных флуктуаций. Спектр имеет степенную форму с показателем близким к 5/3.
    (зав. отделом, д.ф-м.н. Зеленый Л. М., 333-51-22)
  28. Проанализированы 54 случая корреляции магнитных суббурь и потоков плазмы в пограничных слоях по данным 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.
    (с.н.с. к.ф-м.н. Петрукович А. А., 333-40-24)
  29. На основе данных наземных и спутниковых (WIND, ИНТЕРБОЛ-1 и -2, GEOTAIL и POLAR) измерений 22-23 декабря 1996г., изучен период длительного (около 20 часов) южного ММП, когда происходила постоянная накачка энергии солнечного ветра внутрь магнитосферы и развились 5 суббурь. Показано, что хотя процессы накопления/высвобождения энергии в ходе развития суббурь носят глобальный характер, процессы переноса энергии (конвекция и BBF) к Земле могут быть локализованы в узкой (~15 Re) части плазменного хвоста.
    (снс, к.ф-м.н. Ермолаев Ю. И., 333-13-88)
  30. Многоспутниковые исследования динамики границы плазменного слоя во время суббури 13 ноября 1996г. выявили следующие особенности: Во время фазы зарождения суббури накопление потока в хвосте может происходить не только за счет увеличения магнитного поля, но и общего объема хвоста. После глобального распада тока хвоста произошло сильное уменьшение размеров магнитного хвоста и приближение плазменной мантии к окрестностям спутника ИНТЕРБОЛ-1, несмотря на интенсивное пересоединение на дневной стороне. Диссипация магнитного потока в хвосте во время суббури обычно в несколько раз превышает темп пересоединения на дневной стороне.
    (н.с. Бородкова Н. Л., 333-13-88)
  31. Обнаружен 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.
    (снс А.Федоров 333-14-67)
  32. Сопоставление данных о динамике плазмосферы и плазмопаузы, полученных на Авроральном и Хвостовом зондах при помощи прибора Альфа-3, с одновременными данными о вариациях геомагнитного поля, позволило сделать выводы, которые противоречат существующим в настоящее время представлениям о динамике плазмопаузы. На основе статистического анализа данных о динамике плазмопаузы в зависимости от уровня геомагнитной активности, считалось, что приближение плазмопаузы к Земле во время роста геомагнитной активности в начале происходит в ночном секторе магнитосферы и распространяется на утренний и дневной секторы со скоростью близкой к скорости коротации холодной плазмы вокруг Земли, т. е. изменение положения плазмопаузы на дневной стороне происходит примерно на 12 часов позже, чем на ночной. Согласно измерениям, выполненных прибором Альфа-3: максимальное приближение плазмопаузы к Земле в ночном, утреннем и дневном секторах магнитосферы регистрируется одновременно с максимумом главной фазы магнитной бури; в периоды умеренной геомагнитной активности в ряде случаев регистрируются синфазные вариации положения плазмопаузы; получены данные, подтверждающие существование в магнито-спокойные периоды в ряде случаев асимметрии в направлении полдень-полночь, величина которой достигает 1.3L.
    (к.ф.-м.н. В.В. Безруких, т. 333-20-11)
  33. Построена новая теоретическая модель вспышки суббури или активизации полярных сияний меньшего масштаба. Модель основана на предположении (1992 г.) о наличии протяженного минимума напряженности магнитного поля в околоземном плазменном слое в качестве генератора продольных токов, вызывающих стабильную авроральную дугу. Показано, что по крайней мере в отдельных случаях, когда имеются необходимые измерения со спутников или детальные спектрофотометрические данные с наземной авроральной станции, предсказания теории количественно согласуются с измерениями.
    (зав. лаб. 547, д.ф-м.н. Гальперин Ю. И., 333-14-22)
  34. 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 (брейкар) 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". Теория позволяет с единой точки зрения взглянуть на эти, кажущиеся очень разнородными, процессы.
    (зав. отделом, д.ф-м.н. Зеленый Л. М., 333-51-22)
  35. Построена общая аналитическая самосогласованная теория токового слоя, создаваемого потоками ионов, вторгающимися из мантии. Структура слоя определяется конкуренцией диамагнитных и парамагнитных токов. Наиболее общее самосогласованное решение для потоков с малой и конечной анизотропной (тепловая скорость превышает скорость дрейфа пучков или соизмерима с ней) толщине возникающего слоя оказывается порядка ларморовского радиуса тепловых ионов в незамагниченной области. В случае сильной анизотропии слой утоньшается и пропорционален величине анизотропии в степени 4/3. Наиболее интересные результаты получены в предельном случае сверхсильной анизотропии, когда движение частиц уже полностью контролируется нормальной к слою компонентой магнитного поля. В этом пределе толщина слоя достигает абсолютно минимальной величины пропорциональной велицине нормальной компоненты в степени 4/3. Изучены зависимости параметров слоя от амплитуды внешнего электрического поля и плотности пучка ионов.
    (зав. отделом, д.ф-м.н. Зеленый Л. М., 333-51-22)
  36. Высокое энергетическое разрешение аппаратуры ДОК-2 позволило получить 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.
    (снс, к.ф-м.н Луценко В. Н., 333-33-56)
  37. Используя кинетическое уравнение для взаимодействующих альвеновских волн в приближении случайных фаз, было получено уравнение эволюции этих волн при их распространении из полярной солнечной короны. Был определен спектр волн в низкочастотной области спектра (показатель –1) и при частотах выше частоты излома спектра (показатель –1,6), и было найдено численное значение частоты излома в зависимости от расстояния от Солнца. Найдена энергия нагрева протонов солнечного ветра вследствие диссипации альвеновских волн.
    (аспирант Садовский А. М., 333-45-34)
  38. Теоретически исследованы волновые формы мелкомасштабных движущихся плазменных структур в магнитосфере и в столкновительной плазме авроральной Е-области - квазистационарных вариаций концентрации и электростатического поля с произвольной амплитудой. Полученные волновые формы в магнитосфере имеют вид кноидальных волн или солитонов (“ионных дыр”), а в Е-области - электростатических ударных волн с наложением более высокочастотных колебаний (порядка частоты нижнего гибридного резонанса) и других форм, зависящих от частоты столкновений (высоты в Е-слое) и амплитуды (~ 10 %). Эти структуры могут быть причиной некоторых типов радиоотражений от полярных сияний (радиосияний) в КВ и УКВ диапазонах.
    (зав. лаб. 547, д.ф-м.н. Гальперин Ю.И.)
  39. Разработана аналитическая модель для расчета угла отклонения центральной трубки тока за фронтом ударной волны от направления магнитогидродинамического потока V1 до ударной волны. Это отклонение происходит в результате воздействия натяжения силовых линий магнитного поля на фронте ударной волны. Величина отклонения зависит от Альвеновского МА и звукового МS чисел маха; эффект исчезает для течений с магнитным полем параллельным или перпендикулярным потоку. Для типичных условий в околоземном солнечном ветре величина отклонения потока составляет ~5O, и может достигать 20-30O при малых МА. Разработанная модель может быть использована при анализе флангового положения околопланетных ударных волн: даже незначительный поворот поверхности ударного фронта приводит к существенным изменениям флангового положения этой границы.
    (д.ф.-м.н. М.И. Веригин, т. 333-32-33)
  40. Разработан новый эффективный метод корреляционно-спектрального анализа, основанный на представлении о двух типах корреляции векторных величин в реальном трехмерном пространстве векторов. Названный метод позволяет получать путем относительно несложных вычислений из полных векторных измерений волновой формы флуктуаций электрического и магнитного полей в космической плазме на одном космическом аппарате распределение колебаний по волновому вектору и по величине и направлению вектора Пойнтинга и находить параметры поляризации всех волновых пакетов в измеряемом частотном интервале и инкременты затухания волн. Аналогичные характеристики могут находиться этим методом при использовании одновременных измерений на одном аппарате флуктуаций магнитного поля и плотности тока. Использование же измерений всех трех указанных физических величин позволяет получать еще величину диссипации волновой энергии в зависимости от частоты. Разработан пакет программ, решающий все указанные задачи. Выполнен большой объем вычислительных работ, получен ряд новых результатов по турбулентности в каспе магнитосферы Земли.
    (с.н.с., к.ф-м.н. Романов С. А., 333-11-00)
  41. Проведены работы по глобальному экологическому мониторингу низкочастотных электромагнитных полей, начатые в 1995г. в рамках программы НАУКА-НАСА и является составной частью исследований по Программе Космическая Погода. Получаемая информация доступна широкому кругу пользователей. Исследования в 1998г. проводились по направлениям: (зав. лаб. 545, д.ф-м.н. Климов С. И., 333-11-00)
  42. Подробный статистический анализ плазменных и магнитных данных, полученных на космическом аппарате Фобос-2, показал, что в процессе ускорения тяжелых ионов в хвосте магнитосферы Марса существенную роль играет ускорение в центральном токовом слое благодаря действию электрического поля, направленного поперек магнитного хвоста. Однако результаты наблюдений свидетельствуют о том, что ионы предварительно ускоряются до 40 – 50 км/c, возможно в полярных областях магнитосферы. Это подтверждает вывод о наличии механизма предускорения, сделанный ранее на основе рассмотрения двумерных функций распределения ионов.
    (к.ф.-м.н. Г.А. Котова, т. 333-32-89)
  43. Существует несколько обобщений энтропии Больцмана на случаи сложных физических систем. Одной из них является энтропия Цалиса. Удалось строго доказать, что эта энтропия является строгим решением нелинейного функционального уравнения, в котором учтены неаддитивные члены. Обобщение Больцмановской энтропии позволяет учесть наличие в системе дальнодействующих слабых корреляций, и определяет условия возникновения упорядоченности в системе. Найдено каноническое распределение соответствующее энтропии Цалеса. Это распределение соответствует часто наблюдаемому в лабораторных и космических экспериментах т.н. Каппа-распределению, имеющему степенной хвост по энергиям. Полученные результаты дают новые эффекты при применении к "грубозернистым" системам, с относительно малыми статистическими весами. При дроблении системы энтропия Цалиса переходит в стандартную Больцмановскую энтропию, пропорциональную логарифму статистического веса.
    (зав. отделом, д.ф-м.н. Зеленый Л. М., 333-51-22)
  44. Впервые построена количественная модель режима пропеллера, когда рентгеновский пульсар в основном отбрасывает падающее вещество. Показана возможность стохастического перехода между режимами аккреции.
    (гнс, д.ф-м.н. Бисноватый-Коган Г. С., 333-45-88)
  45. Впервые построена модель образования "циклотронной" линии в спектре рентгеновских пульсаров, которая не требует присутствия аномально сильных магнитных полей. Модель основана на излучении сильно анизотропных релятивистских электронов.
    (гнс, д.ф-м.н. Бисноватый-Коган Г. С., 333-45-88)
  46. Численно и аналитически исследовано влияние низкочастотного электрического поля на гирорезонансное взаимодействие энергичных захваченных электронов с квазимонохроматическим вистлером в земной магнитосфере. Показано, что для частот НЧ-электрического поля порядка баунс-частот колебаний энергичных электронов в эффективной потенциальной яме, создаваемой вистлером, имеется пороговое значение амплитуды электростатического поля, выше которой существенно снижаются удержание захваченных частиц и их энергообмен с вистлером.
  47. Численно рассмотрено гирорезонансное взаимодействие энергичных электронов с вистлером конечной амплитуды с учетом дрейфа несущей частоты волны. Получены условия на дрейф частоты, при выполнении которых значительно увеличивается обьем фазового пространства, занимаемого синхронными частицами, и, следовательно, существенно возрастает их влияние на распространение вистлеров.
  48. Показано, что в сильно неравновесной плазме токамака флуктуации электрического поля на масштабах порядка дебаевского радиуса могут приводить к кубическому росту коэффициента поперечной температуропроводности как функции малого радиуса тора, что и наблюдается в эксперименте. Рассмотрены процессы переноса в плазме без магнитного поля и для сильной турбулентности получены модифицированные кинетические коэффицициенты, согласующиеся с экспериментальными наблюдениями в установках Альфа и Дзета.
  49. Исследованы явления прохождения через резонансы и захвата в резонанс в задаче о движении заряженной частицы в хвосте магнитосферы Земли в полях как электромагнитной, так и электростатической монохроматических волн.
  50. Получен тензор магнитной вязкости для релятивистской бесстолкновительной плазмы с градиентами плотности и температуры. С учетом этого тензора выведены нелинейные уравнения для дрефово-альфвеновских волн в релятивистской электрон-позитронной плазме малого давления. Показано, что имеются решения в виде дипольных вихрей.
  51. На основе адиабатического подхода исследована динамика гирорезонансного взаимодействия заряженных частиц с циркулярно-поляризованной волной конечной амплитуды, распространяющейся вдоль оси магнитной ловушки.