Magnetosfera elektr konvektsiya maydoni - Magnetospheric electric convection field

^[1]Ning ta'siri quyosh shamoli ustiga magnitosfera ichki magnetosferada elektr maydonini hosil qiladi (r <10 a; Yer radiusi bilan) - konveksiya maydoni-. Uning umumiy yo'nalishi tongdan shomgacha. Ichki magnetosfera bilan bir vaqtda aylanadigan termal plazma ortogonalni o'sha maydonga va geomagnit maydonga siljitadi. B_o. Avlod yaratish jarayoni hali to'liq tushunilmagan.^[2] Quyosh shamoli va magnetosferaning chegara qatlami o'rtasidagi yopishqoq o'zaro ta'sir (magnetopoz ). Boshqa jarayon magnit qayta ulanish bo'lishi mumkin. Va nihoyat, ichki magnetosferaning qutbli hududlarida gidromagnit dinamo jarayoni mumkin. Sun'iy yo'ldosh orqali to'g'ridan-to'g'ri o'lchovlar ushbu maydonning tuzilishi haqida juda yaxshi tasavvurga ega bo'ldi.^[3]^[4]^[5] Ushbu sohaning bir qator modellari mavjud.^[6]^[7]^[8]^[9]

Keng ishlatiladigan model bu Volland-Stern modeli ^[10]^[11]^[12]

Model tavsifi

U ikkita soddalashtirilgan taxminlarga asoslanadi: birinchidan, koaksiyal geomagnitik dipol maydoni B joriy etildi. Uning magnit maydon chiziqlari qobiq parametri bilan ifodalanishi mumkin

{ displaystyle L = { frac {r} {a sin ^ {2} theta}}}

(1)

Yerdan masofa r bilan, Yer radiusi va θ koordinat. $ R = a $ uchun $ mathbb {G} $ hisoblanadi koordinat erga chiziqning oyoq nuqtasi. L = const - magnit maydon chizig'ining tenglamasi va r = a L - chiziqning geomagnit ekvatordagi radiusli masofasi (ph = 90 °). Ikkinchidan, elektr maydonini ost elektrostatik potentsialidan olish mumkin deb taxmin qilinadi_v. Chunki shunga o'xshash yuqori o'tkazuvchan elektr plazmasida magnitosfera, elektr maydonlari magnit maydonlari uchun ortogonal bo'lishi kerak, elektr potentsial qobig'i magnit qobig'iga parallel. Aloqalar

{ displaystyle Phi _ { mathrm {c}} = { frac { Phi _ { mathrm {co}}} {2}} chap ({ frac {L} {L_ {m}}}} o'ng) ^ {q} sin ( tau - tau _ { mathrm {co}})}

(2)

ushbu shartni bajaradi. Bu yerda ${ displaystyle L_ {m} = { frac {1} { sin ^ {2} theta _ {m}}}}$ bu separatrix^[13] latitude ≥ θ da past geografik magnitosferani yopiq geomagnit maydon chiziqlari bilan ajratish_m ochiq magnit maydon chiziqlari bo'lgan (Yer yuzida faqat bitta nuqta bo'lgan) qutbli magnetosferadan va mahalliy vaqt bilan. θ_m ~ 20 ° - auroral zonaning qutb chegarasi.q, Φ_kova τ_ko kuzatishlar asosida aniqlanadigan empirik parametrlardir. Tenglama (2) koordinata tizimining Yer bilan bir vaqtda aylanishi uchun hosil bo'ladi, uning geomagnitik ekvatori geografik ekvator bilan bir xil bo'ladi. Elektr potentsiali ekvatorga nisbatan nosimmetrik bo'lgani uchun faqat shimoliy yarim sharni hisobga olish kerak. Potensialning umumiy yo'nalishi tongdan to kechgacha, va Φ_ko umumiy potentsial farqidir. Aylanadigan magnetosfera koordinatalari tizimidan aylanmaydigan tizimga o'tish uchun τ uzunlik -λ bilan almashtirilishi kerak.

Ichki magnitosfera

Q ~ 2 va Φ raqamlari bilan_ko va τ_ko geomagnit faollik bilan ortadi (masalan, Φ_ko ~ 17 va 65 kVt, va τ_ko ~ 0 va 1 soat, geomagnitik jihatdan tinch va ozgina buzilgan sharoitlarda), tenglama. (2) pastki kengliklarda amal qiladi, (θ> θ_m) va ichki magnetosferada (r-10 a) Volland-Stern modeli mavjud (1-rasmga qarang)).

1-rasm: Magnetosferaning ekvatorial tekisligi ichidagi elektr konveksiya maydonining ekvipotensial chiziqlari (chapda) va magnitlangan sokin sharoitda konveksiya maydonining birgalikda aylanish maydoni bilan (o'ngda) superpozitsiyasi

Elektrostatik maydondan foydalanish ushbu model faqat vaqtinchalik o'zgarishlarda (bir kun yoki undan kattaroq tartibda) amal qilishini anglatadi. Koaksial magnit dipol maydonining taxmin qilinishi faqat global miqyosdagi tuzilmalarni taqlid qilish mumkinligini anglatadi. Elektr maydonining tarkibiy qismlari olingan

{ displaystyle mathbf {E} = - nabla Phi}

(3)

kabi

{ displaystyle { begin {aligned} & E_ {r} = - { frac {q} {r}} Phi _ { mathrm {c}} & E ​​_ { theta} = { frac {2q} { r}} cot theta ~ Phi _ {c} & E ​​_ { lambda} = - { frac {1} {r sin theta}} cot ( lambda - lambda _ { mathrm { co}}) Phi _ { mathrm {co}} end {hizalanmış}}}

Huzurida geomagnit maydon uchun kompensatsiya qilish uchun mos yozuvlar tizimida aylanadigan elektr maydon hosil bo'ladi Lorents kuchi. Bu Yer bilan aylanadigan kuzatuvchi tomonidan o'lchanadigan elektr birgalikda aylanish maydoni deb ataladi. Shartlarni soddalashtirish bilan uning imkoniyatlari yuqoridir

{ displaystyle Phi _ {r} = - { frac { Phi _ { mathrm {ro}}} {L}}}

(4)

Φ bilan_ro = 90 kVolt. Ichki magnetosferadagi termal plazma Yer bilan birgalikda aylanadi. Aylanmaydigan mos yozuvlar tizimida u ikkala maydonning yig'indisiga ta'sir qiladi

{ displaystyle Phi _ {c} + Phi _ {r}}

(5)

tenglamada (2) va (4). Φ dan beri_r Yerdan masofa bilan kamayadi while_v ortadi, ikkala potentsialning yig'indisi torusga o'xshash yopiq ekvipotensial qobiqlarning ichki qismiga ega, plazmasfera, unda issiqlik energiyasining ionlangan zarralari saqlanib qoladi (masalan,^[14]Darhaqiqat, hushtakbozlik bilan o'tkazilgan kuzatuvlar natijasida plazmasferada plazma zichligi aniqlandi, bu oxirgi yopiq ekvipotensial qobiq bo'lgan plazma tanaffusidan kattaroq kattalik darajalari. ^[15] (1b-rasmga qarang)) .Boshlangan shakldan plazmapoz konfiguratsiya, eksponent q = 2 tenglamada. (2) plazma tezligi geomagnit faollik bilan ko'payish darajasi amplituda Φ bilan simulyatsiya qilingan bo'lsa, aniqlandi._ko

Konvektsiya maydonining kelib chiqishi

Elektr konvektsiya maydonining kelib chiqishi o'zaro ta'siridan kelib chiqadi quyosh shamoli plazma va geomagnit maydon. Ochiq magnit maydon chiziqlari bo'lgan qutb mintaqalarida (bu erda geomagnit maydon bilan birlashadi sayyoralararo magnit maydon ), qutb magnetosferasi orqali oqayotgan quyosh shamoli tongdan to shomgacha yo'naltirilgan elektr maydonini keltirib chiqaradi. Zaryadni ajratish magnetopozda sodir bo'ladi. Ushbu maydon oxirgi yopiq qobiq parametri L orqali ulanadi_m ionosfera dinamo mintaqasi bilan. Shunday qilib, oqim oqimlari elektr maydoniga mos keladigan oqimlar orqali oqadi (Birkeland oqimlari ) L bo'ylab_m ichida ionosfera dinamo mintaqasi.^[16] Maydonga to'g'ri keladigan oqimlar ionosfera ertalab va kechqurun ionosferadan tashqarida. Quyosh shamol oqimining o'zgaruvchanligi, asosan, er yuzida kuzatilgan geomagnit faollik darajasi bilan ifodalangan magnetosfera faolligini belgilaydi.

Polar Magnetosfera

Yaqin Yer qutb mintaqasidagi elektr konveksiya maydonini tenglama bilan simulyatsiya qilish mumkin. (2) ko'rsatkich bilan q = - 1/2.^[10] Separatrixda L_m , Φ_v uzluksiz. Biroq, maydonni teskari yo'naltirish, kuzatuvlar bilan kelishilgan holda, maydonga to'g'ri keladigan oqimlar bilan birga amalga oshiriladi.^[4]^[5]L maydonidagi elektr maydonining teskari yo'nalishi_m ichki va qutb magnetosfera ichidagi plazma siljishini qaytarilishini aniq ko'rsatib beradi. Keyinchalik murakkab modelda,^[16] maydonning teskari yo'nalishi orasidagi o'tish zonasi sifatida taxminan 15 ° dan 20 ° gacha bo'lgan koordinatali auroral oval (yana koaksial auroral zona tomonidan simulyatsiya qilingan) hisobga olingan. The ionosfera dinamo mintaqasi taxminan 100 dan 200 km gacha bo'lgan balandlik - bu ionlar va elektronlar turli xil harakatchanlikka ega bo'lgan mintaqadir. Shunday qilib plazma elektr o'tkazuvchan bo'ladi. Geomagnit maydon tufayli ikki xil elektr toki mavjud: Pedersen oqimlari parallel Eva Hall oqimlari ortogonal E va B. Bundan tashqari, elektr o'tkazuvchanligi aurora zonasida geomagnitik faollikka bog'liq bo'lib, bu parametrga ta'sir qiladi_ko tenglamada (2)

Elektr konvektsiya maydoni qutbli dinamo mintaqalarida (masalan, DP1 va DP2) kuchli elektr oqimlarini harakatga keltiradi, ular model tomonidan simulyatsiya qilinishi mumkin. Yuqori atmosfera elektr oqimlarining namoyon bo'lishi erdagi mos keladigan magnit o'zgarishlardir. Afsuski, bu ulanish faqat gorizontal oqim tizimlari uchun noyobdir. Masalan, vertikal ravishda oqadigan maydonga to'g'ri keladigan oqimlar erga deyarli magnit ta'sir ko'rsatmaydi.^[17] Model har ikki turdagi elektr toklarining hissalarini ajratishga imkon beradi. DP2 qutbli magnit buzilishlari asosan Hall oqimlari. Aurora zonalari ichida oqadigan bir necha yuz kA tartibli kattalikdagi quloq elektrojetlari (DP1) Xoll va Pedersen oqimlaridan iborat. Pedersen oqimlarining tarqalishi ishlab chiqaradi Joule isitish ning neytral gaziga o'tkaziladi termosfera shu bilan termosfera va ionosfera buzilishlarini hosil qiladi. Bir necha soatdan kunlarga qadar davom etadigan magnetosfera buzilishlari global miqyosdagi termosferik va ionosfera bo'ronlariga aylanishi mumkin (masalan,^[18]).

Shuningdek qarang

Korotatsion elektr maydoni

Adabiyot

^ Gurnett, Donald (1972). Dyer, ER (tahrir). Magnetosferadagi elektr maydonlari va plazma kuzatuvlari "Magnetosfera fizikasining muhim muammolari" (PDF). Vashington, Kolumbiya okrugi: Amerika Geofizika Ittifoqi. 123-138 betlar. Olingan 7 fevral 2015.
^ Pukkinen, I. va boshq. (tahr.): "Ichki magnetosfera: fizika va modellashtirish", Geofizika Monografiyasi AGU, Vashington, D.C., 2000
^ Gurnett, Donald. Dyer, ER (tahrir). Magnetosferadagi elektr maydonlari va plazma kuzatuvlari, magnetosfera fizikasining muhim muammolari (PDF). Vashington, Kolumbiya okrugi: Amerika Geophyscial Union. 123-138 betlar. Olingan 8 fevral 2015.
^ ^a ^b Xeppner, J.P., Dyyerda (ed): "Magnetosfera fizikasining muhim muammolari", Nat.Akad. Ilmiy ish, Vashington, DC, 107, 1972
^ ^a ^b Iijima, T. va T.A. Potemra, J. Geofiz. Res.,83, 599, 1978
^ McIlwain, CE, Adv. Space Sci., 6, 187, 1986
^ Richmond, AD va Y. Kamide, J. Geofis. Res., 93,5741, 1988
^ Vaymer, D.R., Geofiz. Res. Lett., 23, 2549, 1996
^ Maynard, NC va A.J. Chen, J. Geofiz. Res., 80, 2009, 1975
^ ^a ^b Volland, H., J. Geophy. Res. 78, 171, 1973
^ Stern, D., J. Geofiz. Res. 80, 595, 1975
^ Burke, VJ, Kosmik plazmalar fizikasi, Boston kolleji, ISR, Boston, 2012 yil
^ Vasyliunas, V. M., B. M. McCormac (tahr.), "Magnitosferadagi zarralar va maydonlar", D. Reydel, Dordrext, 1970
^ Nishida, A., J. Geofiz. Res. 71, 5669, 1966
^ Carpenter, DL, J. Geofiz. Res. 71, 693, 1966
^ ^a ^b Volland, H., J. Geofiz. Res. 83, 2695, 1978
^ Fukusima, N., Radio Sci. 6, 269, 1971.
^ Prölss, G.V. va M. K. Bird, "Yer kosmik muhitining fizikasi", Springer Verlag, Heidelberg, 2010 y

[1] Gurnett, Donald (1972). Dyer, ER (tahrir). Magnetosferadagi elektr maydonlari va plazma kuzatuvlari "Magnetosfera fizikasining muhim muammolari" (PDF). Vashington, Kolumbiya okrugi: Amerika Geofizika Ittifoqi. 123-138 betlar. Olingan 7 fevral 2015.

[2] Pukkinen, I. va boshq. (tahr.): "Ichki magnetosfera: fizika va modellashtirish", Geofizika Monografiyasi AGU, Vashington, D.C., 2000

[3] Gurnett, Donald. Dyer, ER (tahrir). Magnetosferadagi elektr maydonlari va plazma kuzatuvlari, magnetosfera fizikasining muhim muammolari (PDF). Vashington, Kolumbiya okrugi: Amerika Geophyscial Union. 123-138 betlar. Olingan 8 fevral 2015.

[Heppner-4] Xeppner, J.P., Dyyerda (ed): "Magnetosfera fizikasining muhim muammolari", Nat.Akad. Ilmiy ish, Vashington, DC, 107, 1972

[Iijima-5] Iijima, T. va T.A. Potemra, J. Geofiz. Res.,83, 599, 1978

[6] McIlwain, CE, Adv. Space Sci., 6, 187, 1986

[7] Richmond, AD va Y. Kamide, J. Geofis. Res., 93,5741, 1988

[8] Vaymer, D.R., Geofiz. Res. Lett., 23, 2549, 1996

[9] Maynard, NC va A.J. Chen, J. Geofiz. Res., 80, 2009, 1975

[Volland1-10] Volland, H., J. Geophy. Res. 78, 171, 1973

[11] Stern, D., J. Geofiz. Res. 80, 595, 1975

[12] Burke, VJ, Kosmik plazmalar fizikasi, Boston kolleji, ISR, Boston, 2012 yil

[13] Vasyliunas, V. M., B. M. McCormac (tahr.), "Magnitosferadagi zarralar va maydonlar", D. Reydel, Dordrext, 1970

[14] Nishida, A., J. Geofiz. Res. 71, 5669, 1966

[15] Carpenter, DL, J. Geofiz. Res. 71, 693, 1966

[Volland2-16] Volland, H., J. Geofiz. Res. 83, 2695, 1978

[17] Fukusima, N., Radio Sci. 6, 269, 1971.

[18] Prölss, G.V. va M. K. Bird, "Yer kosmik muhitining fizikasi", Springer Verlag, Heidelberg, 2010 y

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]