Введение к работе
Актуальность работы.
Солнечный ветер является одним из основных агентов, передающих возмущения от Солнца к Земле. Изменения характеристик плазмы и магнитного поля солнечного ветра, определяемые условиями на Солнце, оказывают непосредственное влияние на магнитосферу и атмосферу Земли и, как следствие, на многие стороны человеческой деятельности. Так, известны случаи выхода их строя дальних линий электропередач из-за больших токов, индуцированных * в них при сильных магнитных возмущениях. В последнее время накапливаются данные о возможных влияниях межпланетных и магнитосферных возмущений на атмосферу Земли.
Характеристики солнечного ветра определяются свойствами источника - солнечной короны, которая, в свою очередь, является частью атмосферы Солнца. Исследования солнечного ветра являются одним из средств изучения Солнца и его активности.
Наконец, солнечный ветер является уникальной физической
лабораторией, позволяющей исследовать поведение
бесстолкновительной плазмы в естественных условиях, когда, в отличие от лабораторной плазмы, на нее не оказывают влияния стенки лабораторной установки. Одним из наиболее ярких и важных примеров плазменных явлений, которые могут плодотворно исследоваться в космических условиях, являются бесстолкновительные ударные волны, в частности, околоземная ударная волна.
Структуры солнечного ветра на разных временных масштабах определяются характеристиками источника - солнечной короны, и, в меньшей степени, условиями распространения и взаимодействиями в межпланетной среде. Флуктуации солнечного ветра, в зависимости от их масштаба, также оказывают воздействие на магнитосферу Земли, причем крупномасштабные структуры оказывают влияние на крупномасштабную
динамику магнитосферы, а мелкомасштабные вариации влияют на процессы переноса энергии в геомагнитосферу. В частности, магнитный хвост Земли, который служит одним из основных резервуаров энергии, накопленной в магнитосфере, в большой мере контролируется характером взаимодействия с солнечным ветром, и изучение явлений в хвосте магнитосферы играет большую роль в изучении характера влияния солнечного ветра на околоземное космическое пространство.
Таким образом, актуальность выбранной темы обуславливается как большим научным интересом, который вызывает солнечный ветер как естественная плазменная лаборатория и как продолжение солнечной атмосферы, так и исключительно большой ролью, который солнечный ветер играет как передаточный механизм солнечно-земных связей. Это потверждаегся тем большим интересом, которым пользуется солнечный ветер у научной общественности и той большой долей, которой проблемы, связанные с солнечным ветром, занимают в проектах основных космических Агенств.
Цели, и..задачи .работы,
Целью данной работы являлось исследование характеристик солнечного ветра и его влияния на геомагнитосферу, в частности, изучение структуры солнечного ветра на разных временных масштабах, поиск фрактальных закономерностей в параметрах солнечного ветра, исследование. различных особенностей поведения плазмы солнечного ветра в магнитослое (переходной области) магнитосферы, и изучение крайне разреженной плазмы в долях хвоста магнитосферы Земли. Эта работа включала в себя:
разработку методов обработки и анализа измерений энергетических спектров, потока ионов, с целью определения параметров плазмы;
- исследование временных рядов параметров солнечного ветра различными методами, включая фрактальный анализ;
- исследование процессов взаимодействия и перемешивания на
границе двух потоков в солнечном ветре;
- исследование флуктуации параметров плазмы магнитослоя,
турбулизованной на фронте околоземной ударной волны;
- исследование энергетических спектров на основе неселективных
и селективных измерений ионов в северной доле хвоста, с целью
выяснения характеристик источника ионов, заселяющих долю хвоста;
объясенение наблюдаемых сильных вариаций скорости (энергии)
плазмы.
Научная новизна работы.
Впервые проведено исследование вариаций параметров ионных компонент солнечного ветра в широкой временной шкале - от нескольких секунд до нескольких суток, что дало возможность получения дополнительных сведений о динамических процессах в солнечном ветре и об условиях выхода ионов из солнечной короны.
По скоростным измерениям интегрального потока солнечного ветра (с частотой измерения 50 Гц) показано, что флуктуации потока связаны с флуктуациями плотности, а не скорости.
На основе измерений энергетических спектров солнечного ветра с высоким временным разрешением показано, что на границе двух потоков с разными скоростями происходит сильная турбулизация и перемешивание плазмы. Показано, что спектр турбулентности вблизи границы двух потоков является колмогоровским, а минимальный размер ячейки составляет ~ 5000+6000 км. Минимальная толщина границы между двумя потоками составляет величину < 1000 км, т.е. не более 10 характерных значений гарорадиуса протонов. Обнаружено перемешивание плазмы двух граничащих потоков.
Полученный фрактальный спектр длин скорости, рассчитанный по временному ряду скорости протонов солнечного ветра, имеет
различные наклоны для разных временных масштабов. Это свидетельствует о мультифрактальном поведении солнечного ветра.
На основе измерений энергетических спектров ионов солнечного ветра в переходной области (включая селективные измерения протонов и а-частиц) установлено, что флуктуации энергетических спектров и гидродинамических параметров ионов в переходной области на порядок величины превышают соответствующие вариации в солнечном ветре; при этом соотношение между скоростями протонов и а-частиц заметно отличается от подобных соотношений в солнечном ветре. В большинстве случаев скорость "ядра" функции а-частиц заметно выше, чем скорость "ядра" функции распределения протонов, что объясняется их различным торможением при прохождении потенциального барьера на фронте ударной волны.
По анализу разреженной плазмы в доле хвоста магнитосферы впервые оценен энергетический спектр источника, расположенного в узкой области вблизи каспа. Большие вариации скорости ионов с периодом порядка часа накладываются на общий тренд уменьшения скорости ионов при движении от высокоширотной магнитопаузы к плазменному слою.
Обнаружено, что эти вариации хорошо коррелируют с изменением АЕ индекса, и показано, что наиболее вероятной причиной этих вариации является.изменение электрического поля в полярной шапке.
Научная и практическая ценность работы.
Полученные в диссертации результаты могут быть использованы для решения ряда проблем космической физики, а именно, в приложении к задачам переноса возмущений от солнечной короны посредством солнечного ветра к Земле их влияния на геомагнитосферу. Результаты исследований в магнитосле (переходной области) и в северной доле хвоста магнитосферы представляют самостоятельный
интерес и могут быть использованы для исследования процессов диссипации на бесстолкновительной ударной волне и для уточнения модели магнитосферы Земли.
Личный вклад автора.
Автор разрабатывал алгоритмы и программы обработки экспериментальных данных, а также непосредственно участвовал в:
получении результатов физической обработки;
анализе полученных результатов и их интерпретации в приложения к изучению структуры потоков солнечного ветра,
. потоков плазмы в переходной области и потоков разреженной плазмы в сверной доли хвоста магнитосферы.
Аппробаиии работы.
Основные результаты, приведенные в диссертации были доложены на:
6-ой научной сессии IAOA, Эксетер, Великобритания, 1989г.;
VII STP-Symposium, Гаага, Нидерланды, 1990г.
XXVII сессни КОСПАР, Гаага, Нидерланды, 1990г.
XVIII генеральной сессии Европейского Геофизического союза, Висбаден, Германия, 1993г.;
на XXX сессии КОСПАР, Гамбург, Германия, 1994г.;
Объем работы. Диссертация состоит из четырех глав, введения и заключения. Она содержит 6J страниц, 4J} рисунков и 2 таблицы. Библиография включает 70 наименований
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано J0 работ, список которых приведен в конце автореферата.
