РЕЗОНАНСНОЕ УСКОРЕНИЕ ЧАСТИЦ В ХВОСТЕ МАГНИТОСФЕРЫ
DESCRIPTION
РЕЗОНАНСНОЕ УСКОРЕНИЕ ЧАСТИЦ В ХВОСТЕ МАГНИТОСФЕРЫ. Артемьев А.В., Луценко В.Н., Петрукович А.А., Зелёный Л.М. ИКИ РАН. Фронты диполяризации. themis. cluster. Runov et al., 2009. Apatenkov et al., 2007. Direction of front propagation. Bz. front. 0. x. y. Ey. Electric field. 0. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
РЕЗОНАНСНОЕ УСКОРЕНИЕ ЧАСТИЦ В ХВОСТЕ МАГНИТОСФЕРЫ
Артемьев А.В., Луценко В.Н., Петрукович А.А., Зелёный Л.М.
ИКИ РАН
Runov et al., 2009Apatenkov et al., 2007
x
Bz
front
0
x
Ey
0
Electric field
y
Direction of front propagation
Sergeev et al., 2009
Фронты диполяризацииthemis
cluster
Interball-tail
Ионы с энергиями < 25кэВМагнитное поле
AnGeo 1997 AnGeo 1997
Частицы высоких энергий
Космические Исследования 1998
Наблюдения фронтов диполизации
Ускоренные частицы
~~200 кэВ200 кэВ ~10~100 кэВ0 кэВ
~10~100 кэВ0 кэВ
Механизм ускорения
Оценка электрического поля даёт: Ey~5 mV/m
На частицы, движущиеся вместе с фронтом, действует электрическое поле Ey
,y z bgE v B
Скорость фронта Величина фонового магнитного поля
212
q qy y y ym m
qy y ym
v E v E t
v v E t
Частицы ускоряются вдоль фронта
Время, необходимое иону, что бы набрать энергию ~150кэВ
T~10 cЭффект захвата частиц Эффект захвата частиц
Динамика частицы в поле электромагнитной волныz
x
y
B0+Bz
Ey
The wave propagates along x-axis
B0 - the uniform magnetic field Bz - the magnetic field of the wave Ey - the electric field of the wave
0
0
( )
( )
y z
z
e ey E B B x
m mce
x B B ymc
sin( ),
sin( ).
z
y
B B kx t
BE kx t
kc
This system can be written in the form of a Hamiltonian system with 1.5 degrees of freedom (Chirikov et al. 1991, Neishtadt et al. 2009)
Capture into resonanceH
sin
y H
y H
v v
kv
kx t
Condition of existing of magnetic field null
Phase portrait
The area A surrounded by the trajectory is an adiabatic invariant: its value is approximately conserved in the evolution
Numerical modeling of ion capture into resonance with wave
212 cosyH kv
cos cosa
s
y s s
S d
kv d
Area under separatrix
Neishtadt et al. 2009
Сопоставление теории и наблюдений
Ускорение частиц вдоль фронта приводит к связи масштабов фронта вдоль направления Утро-Вечер Ry и величины энергии
Распределение значений электрического поля
212
1212
q qy y y ym m
qy y ym
q qy y y ym m
v E v E t
v v E t
y v R E t E
Распределение значений энергии ускоренных частиц
Пространственные масштабы фронта диполяризации
Распределение величин масштабов Распределение величин масштабов фронта диполяризациифронта диполяризации
y qym
RE
Среднее значение ширины фронта диполяризации для статистики из 125 случаев наблюдения
E6 RyR
Interball-Geotail
E4.5 RyR
E6 RyR
Оценка масштаба, основанная на измеряемой энергии
Оценка масштаба, основанная на измеряемой энергии
Роль токов ускоренных частицТок частиц, ускоряемых вдоль фронта диполяризации trap trap p ej qn v v
2 2~ ~y y y y
p ep e
qE R qE Rv v
m m
,~ ~y y ptrap trap trap p bg y
e e
qE R mj qn qn v R
m m
~4
front
frontfront
Bcj
L
Ток частиц, поддерживающий перепада магнитного поля на фронте
~ frontfront bge
trap p y trap
Lj nm
j m R n
~ ~1000
front bgetrap bg
p y
L nmn n
m R
Плотность фоновой плазмы
вероятность захвата электронов Pe и вероятность захвата протонов Pp
Pe ~Pp Pe <<Pp
2~ y y
pp
qE Rv
m
,~ ~y ytrap trap trap p bg y
p
qE Rj qn qn v R
m
~ frontfront bg
trap y trap
Lj n
j R n
~ ~25
front bgtrap bg
y
L nn n
R
Выводы:
• На фронтах диполизации наблюдаются группы частиц(ионов) больших энергий (~100keV)
• В качестве механизма ускорения частиц можно рассматривать ускорение захваченных ионов полем Ey~vpBz
• Сопоставление энергий ускоренных частиц и значений электрического поля Ey~vpBz позволило оценить масштаб фронта диполяризации: Ry[2.5, 10]RE и <Ry>~6RE