Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время накоплен богатый экспериментальный и теоретический материал о процессах в околоземном космическом пространстве. Современнные приборы на борту космических аппаратов позволяют регистрировать потоки частиц, электрические и магнитные поля с большим разрешением. Уровень математических методов обработки информации и средств телекоммуникации дает возможность оперативно получать информацию с космических аппаратов и наземных станций и выделять из общего потока экспериментального материала необходимые для исследования данные. Современные вычислительные мощности позволяют строить сложнейшие модели динамических процессов в магнитосфере Земли. Однако, несмотря на огромные достижения в области магнитосферной физики, до сих пор нет полного общепринятого понимания многих процессов в околоземном пространстве.
В последнее время отмечается ключевая роль токового слоя хвоста магнитосферы в интенсивных геомагнитных возмущениях (бурях и суббурях). В ряде работ показано, что токовый слой может давать такой же вклад в /),гвариацию во время магнитных бурь как и кольцевой ток. Отмечается также, что токовый слой в большей степени чем другие источники магнитосферного магнитного поля влияет на процессы в высокоширотных областях ионосферы. Величина тока в нейтральном слое и расстояние до его передней границы определяют границы высыпания в авроральной зоне. Показано, что токовый слой вносит существенный вклад в магнитное поле в дневной магнитосфере, особенно во время магнитных бурь и магнитосферных суббурь. В настоящее время существует широкий спектр теоретических моделей токового слоя, позволяющих изучать как среднестатистический его вклад в магнито-сферное магнитное поле, так и его динамику. Однако до сих пор не существует ни полного согласия в интерпретации экспериментальных
данных, ни самосогласованной динамической модели токового слоя.
В ряде работ, на основе согласованного исследования временных рядов в параметрах солнечного ветра и индексах геомагнитной активности (АЕ, AL), получены результаты, свидетельствующие в пользу того, что динамика магнитосферы может быть исследована на основе малого числа уравнений или параметров. Определение подходящего набора параметров и его обоснование является важнейшей задачей физики магнитосферы и особенно магнитосферной суббури.
Одной из наиболее интересных и динамически развивающихся областей магнитосферной физики является изучение процессов накопления и взрывного высвобождения энергии, свойственных магнитосферной суббуре. Хорошо изучена подготовительная фаза суббури. Обнаружено, что начало суббури может конролироваться межпланетным магнитным полем. Множество исследований показало, что вслед за поворотом ММП к северу после длительного периода южного направления, начинается взрывная фаза суббури. Однако до сих пор нет общепринятой теории описывающей эту связь. Более того, выборочные и статистические исследования показали наличие суббурь, произошедших в отсутствии существенных изменений в параметрах солнечного ветра.
Пересоединение на магнитопауза магнитных полей переходного слоя и магнитосферы, играющее ключевую роль на подготовительной стадии суббури, также является центральным вопросом магнитосферной физики, Особый интерес в этом направлении представляет определение условий, при которых пересоединение возможно, а также расположение областей пересоединения на магнитопаузе. Существуют по крайней мере две наиболее известные модели ("компонентная" и "антипараллельная"), дающие ответ на вопрос о местоположении и интенсивности пересоединения. Однако пока нет исчерпывающей картины пересоединения в зависимости от ориентации ММП.
В связи с вышеизложенным, построение самосогласованной модели
токового слоя, исследование динамики магнитосферы во время суббури и построение модели расположения на магнитопаузе областей пересоединения на основе единого подхода является важной и актуальной задачей.
Цели настоящей работы:
построение самомогласованной модели токовой системы хвоста магнитосферы Земли;
обоснование возможности исследовать динамику магнитосферы на основе малого числа глобальных параметров;
построение модели, позволяющей определять вероятное местоположение на магнитопаузе областей пересоединения магнитных полей переходного слоя и магнитосферы для любого направления межпланетного магнитного поля.
Научная новизна и практическая ценность. Разработанная самосогласованная модель токовой системы хвоста магнитосферы Земли, позволяет на основе параболоидной модели магнитосферы моделировать сильно возмущенную магнитосферу. Полученные ограничения на параметры модели определяют такие значения параметров, которые требуют перестройки магнитосферной конфигурации свойственной магнитосферной суббуре. Предложенный сценарий изменения глобальных параметров модели магнитосферы позволяет по новому интерпретировать факт начала взрывной фазы суббури после поворота межпланетного магнитного поля к северу.
Представленная модель расположения на магнитопаузе магнитных полей переходного слоя и магнитосферы для любого направления межпланетного магнитного поля, дает новую основу для обработки и интерпретации данных космических аппаратов о потоках радиации и магнитных полях в районе каспов и в окрестности магнитопаузы.
Вклад автора. Автором разработан вычислительный комплекс по рас-
чету магнитного поля токовой системы магнитосферного хвоста, который вошел в общий программный комплекс параболоидной модели магнитосферы. Проведены расчеты силовых линий магнитного поля и линий тока, равновесного профиля давления плазмы, скачка магнитного поля при пересечении магнитопаузы. Результаты, изложенные в работе, получены автором самостоятельно. В совместных публикациях каждый из соавторов внес равный научный вклад.
Апробация работы. Основные материалы диссертации представлялись на третьей (ICS-3, 1996г) и четвертой (ICS-4, 1998г) Международных Конференциях по Суббуре, Международной Ассамблеи МАГА (1997г), на четвертом российском симпозиуме "Математические модели ближнего космоса" (1996г), на международной конференции "Проблемы геокосмоса" (1996г).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы, изложена на 119 страницах, иллюстрирована 23 рисунками. Список литературы содержит 128 наименований.
