Окружающее Землю плазменное кольцо и его роль в магнитосферных процессах Е.Е.Антонова ,

1. ИКИ, 08.02.2012 Окружающее Землю плазменное кольцо и его роль в магнитосферных процессах Е.Е.Антонова, И.П. Кирпичев, В.В. Вовченко, М.С. Пулинец, М.О. Рязанцева, М.В. Степанова, И.Л. Овчинников, К.Г. Орлова, С.С. Знаткова

2. Кольцо плазмы вокруг Земли. • Поперечные токи в кольце. • Природа Dst вариации. • Локализация начала изолированной суббури. • Авроральный овал и геомагнитный хвост.

3. Замкнутое кольцо полярных сияний по результатам наземных наблюдений Фельдштейн [1960] Фельдштейн [1963] Loomis [1860] Хорошева [1961] Хорошева [1967]

4. Замкнутое кольцо сияний по данным авроральных имиджеров (DE-1, Polar, Image)

5. Замкнутое кольцо высыпаний по данным авроральных спутников Модель OVATION, Newell et al. [2002] http://www.swpc.noaa.gov/pmap/ http://pgia.ru/ (Воробьев и др. [2004-2007])

6. Плазма внутри магнитосферы вблизи подсолнечной точки Пересечение магнитопаузы спутниками проекта THEMIS вблизи подсолнечной точки22 июля 2007г. После каждого пересечении магнитопаузынаблюдается плазма с характеристиками плазменного слоя.

7. Окружающее Землю плазменное кольцо по измерениям в экваториальной плоскости Vasyliunas [1970] Nagata et al. [2008] DeMichelis et al. [1999]

8. Кирпичев и Антонова [2011] Плазменное кольцо с параметрами, соответствующими плазменному слою окружает Землю

9. Радиальные профили давления плазмы 12 MLT (тонкие кривые) и 0MLT (толстые кривые) 06 MLT (тонкие кривые) и 18 MLT (толстые кривые) Давление плазмы близко к азимутально симметричному наR<10RE

10. Анизотропия давления Давление плазмы близко к изотропному наR>4.5 RE

11. Wang et al. [2011]

12. Поперечный ток в окружающем Землю кольце Определение величины дневного тока по результатам проекта ТЕМИС [Antonova et al., 2009] Кольцевой ток имеет высокоширотное продолжение до магнитопаузы в дневные часы – разрезной кольцевой ток (CRC). Liemohn et al. [2011] Конфигурация поперечных токов в модели Sitnov and Tsyganenko [2008] (Ukhorskiy, private communication)

13. Кольцевой ток и Dst вариация До настоящего времени не получено простого аналитического описания магнитного поля, создаваемого CRC. Однако можно определить величину Dst, создаваемую известным азимутально симметричным распределением давления плазмы, включая давление плазмы на геоцентрических расстояниях, где течет CRC. Линейное соотношение Десслера-Паркера-Скопке где ΔB– осесимметричное искажение поля в центре Земли,, Up– энергия частиц кольцевого тока, Bs– магнитное поля на земном экваторе и Us - энергия поля диполя вне земной поверхности. Соотношение Carovillano and Maguire[1968],Carovillano and Siscoe[1973] , принимающее во внимание нелинейное искажение исходного поля гдеUb– энергия поля кольцевого тока

15. Febryary, 1986 Проведен анализ формирования Dst с учетом нелинейного искажения магнитного поля известным радиальным распределением давления горячей магнитосерной плазмы из работы Hamilton et al. [1988] . Сравнение результатов моделирования (ось абсцисс) с экспериментально определенным Dst индексом http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_final/ 198602/index.html. (Вовченко и Антонова [2010]). Показано, что наблюдаемая Dst вариация создается симметричной частью кольцевого тока.

16. Модель описывает Dst для магнитных бурь 16-18 декабря 1971 г. (Explorer 45 ), 4-7 сентября 1984 г. и 30 ноября 1988 г. (AMPTE/CCE ) Главный вывод: может быть восстановлена традиционная интерпретация формирования Dst в результате развития осесимметричной части кольцевого тока.

17. Распределение вытекающих продольных токов Shue et al. [2002] Iijima and Potemra [1976] Картина вытекающих продольных токов в среднем имеет вид подковы, но на снимках из космоса можно различить авроральное кольцо.

18. Как появилось представление о том, что авроральный овал является проекцией плазменного слоя на ионосферные высоты? Было известно (Akasofu, 1964), что начало взрывной фазы изолированной суббури локализовано на экваториальном краю аврорального овала вблизи полуночи. В течении длительного времени доминировала модель Hones [1979].  Разрабатывались модели магнитного поля, которые позволяли проецировать экваториальную кромку овала в ночном секторе на сравнительно большие геоцентрические расстояния. Akasofu [1964]

19. Распределение изолиний B=const в экваториальной плоскости, полученное в работе Fairfield (1968) привело к предположению , что линии поперечного тока при B>60 нT замыкаются токами магнитопаузы, формируя токовую систему хвоста. Проецирование прямой линии в хвосте на ионосферные высоты с использованием моделей Цыганенко дают структуру типа подковы. Ts01 Ts87 (Stasievich, 1991) Ts96 В результате сложились представления об определяющей роли процессов в хвосте магнитосферы, которые в последнее время начали пересматриваться.

20. Локализация начала изолированной суббури ~8RE <10RE ~8RE Takahashi et al. [1987] Yahnin et al. [2002] Dubyagin et al. [2003] Наблюдаемое положение начала изолированной суббри имеет место в области CRC, т.е. в высокоширотной части обычного кольцевого тока. Lui [2011]

21. Выводы: • Окружающая Землюна геоцентрических расстояниях от ~7 до 10-13REплазменная популяцияимеет вид кольца, в котором поперечные токи замкнуты внутри магнитосферы и образуют высокоширотное продолжение кольцевого тока (CRC). • Существование CRC позволяет восстановить подвергшиеся критике представления о доминирующем вкладе симметричной части кольцевого тока в Dst вариацию. • Взрывная фазы изолированной суббури начинается внутри CRC, что позволяет рассматривать магнитосферную суббурю как часть динамики высокоширотного продолжения кольцевого тока.

22. Благодарю за внимание