Введение к работе
Актуальность темы. В течение последнего десятилетия происходит интенсивное исследование переходной области между фронтом головной ударной волны и магнитопаузой (включая пограничный слой магнитосферы Земли и головную ударную волну), о чем свидетельствуют многочисленные спутниковые измерения на ISEE-I и -2, IMP-8, спутниках IRM, UK3 , ССЕ в рамках эксперимента AMPTS, спутниках серии "Прогноз" и других. Большой ооъем данных по измерениям частиц и волн в этой области пока не укладывается в стройную теорию, а иногда, одни и те же спутниковые данные могут интерпретироваться альтернативными теоретическими моделями. Представления о ряде важных процессов вблизи границы магнитосферы Земли и в окрестности головной ударной волны еще не достигли уровня количественных моделей, опирающихся на надежную экспериментальную основу. В связи с вышесказанным, изучение процессов диссипации энергии солнечного ветра на головной ударной волне и вблизи магнитопаузы являете * актуальным.
Цель диссертационной работы. Целью диссертационной работы является исследование эффектов регулярного магнитного поля в диссипативных процессах на границе магнитосферы Земли и на головной ударной волне.
Научная новизна.
-
На основе кинетического уравнения Больцмана, в котором коллективные взаимодействия в Оесстолкновительной, намагниченной плазме описываются в Т -приближении, получены анизотропные коэффициенты вязкости для космической плазмы.
-
Получены уравнения переноса для заряженных частиц в сдвиговых МГД-течениях плазмы. Рассмотрен вопрос об ускорении частин в пограничных слоях магнитосферы Земли с учетом реальной топологии магнитного поля, характеристик течений в слоях и
э
коэффициентов пространственной диффузии частиц. Протоны ускоряются в низкоширотном пограничном слое до Е_ \< 10 кэВ. В ман-
Р тии протоны ускоряются от десятков кэВ до сотен кэВ и более в
зависимости от толщины мантии, которая довольно изменчива и зависит от ориентации межпланетного магнитного поля.
-
Рассмотрен эффект энергизации,заряженных частиц второго порядка по величине U /у ( U - гидродинамическая скорость плазмы, у - тепловая скорость частиц), возникающий при движении плазмы с конечной проводимостью поперек магнитного поля. Этот эффект сформулирован в терминах макроскопических скоростей, характеризующих движение плазмы и электромагнитное поле.
-
Уточняется природа токов на фронте головной ударной волны. На квазиперпендикулпр:!чх участках головной ударной полны токи Холла ответственны за скачок межпланетного магнитного поля.
-
При анализе активности геомагнитных пульсаций Рс 3-4 предложена интерпретация известных экспериментальных фактов на основе процесса регулярного ускорения ионов и возбуждения гидромагнитннх волн на квазипараллельных участках головной ударной волны.
На защиту выносятся:
1. Учет регулярного магнитного поля в кинетическом урав
нении Больцмана, в котором диссипативные процессы в бесстолк-
новительной плазме описываются в V -приближении, позволил
получить:
а) Анизотропные коэффициенты вязкости для намагниченной космической плазмы,
о) Уравнения переноса для заряженных частиц в сдвиговых МГД-течениях плазмы и описать процесс ускорения частиц фрикционным механизмом с учетом регулярного магнитного поля.
в) Эффект энергизации заряженных частиц второго порядка по величине W-/y , возникающий при движении плазмы с конечной проводимостью поперек магнитного поля.
2. Диссипативные процессы на квазипараллельных участках
околоземной ударной волны при &Zx4 45^ ( В fa - угол между
вектором магнитного поля перед фронтом волны и нормалью к фрон
ту волны), дают вклад в геомагнитные пульсации Рс 3-4 при пос
тоянной скорости солнечного ветра. МГД-волны, сопровождающие
"диффузионную" популяцию ионов, ускоренных регулярным механизмом, являются одним из внемагнитосферных источников геомагнитных пульсаций Рс 3-4 в спокойные периоды при ILX< 3.
Научная и практическая ценность работы.
-
Результаты, представленные в диссертации, являются вкладом в исследование физики процессов на границе магнитосферы Земли и околоземной ударной волне.
-
Предложенные методы исследования ряда диссипативных процессов, возникающих при взаимодействии солнечного ветра с магнитосферой Земли, могут быть использованы при изучении других планет Солнечной системы.
-
Полученные в диссертации теоретические результаты находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными. Таким образом, теоретические положения, развитые в диссертации, представляют собой средство для интерпретации большой совокупности экспериментальных данных.
Личный вклад автора. Научные результаты, изложенные в диссертации, в основном получены автором лично. Результаты по коэффициентам переноса плазмы получены в соавторстве с Г.Ф.Крымским, результаты по геомагнитным пульсациям Рс 3-4 - в соавторстве с А.В.Соболевым.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на П-ом и Ш-м Всесоюзных совещаниях "Математические модели ближнего космоса" (Москва, 1991, 1992), на ХУП-ом ежегодном Апатит-ском семинаре "Физика авроральных явлений" (1994), на ХХХ-ой Ассамблее КОСПАР (Гамбург,. 1994), на Всероссийском семинаре "Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле" (Москва, 1994), на семинарах НИИЯФ МГУ, ИФЗ, ИКФИА.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 100 страниц, 16 рисунков, Т таблицу. Список цитируемой литературы содержит 145 наименований.