Питч-угловая диффузия электронов радиационных поясов и потоки высыпающихся частиц: зависимость от параметров ОНЧ волнового поля

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Количественно исследована зависимость эффективности питч-угловой диффузии энергичных электронов в магнитосфере Земли от распределения волнового поля свистовых волн вдоль геомагнитной силовой трубки для параметров, отвечающих местоположению КВ нагревных стендов “Сура” и HAARP. Продемонстрировано расширение энергетического диапазона высыпаний с увеличением области геомагнитных широт, занятых волнами. По вычисленному коэффициенту питч-угловой диффузии для заданного спектра волн и их распределения вдоль силовой трубки определено отношение потоков высыпающихся и захваченных частиц на малой высоте. Показано, что при типичной интенсивности волн, соответствующей хоровым ОНЧ-излучениям и плазмосферным шипениям, потоки высыпающихся и захваченных электронов могут быть сопоставимы друг с другом. Вместе с тем, для амплитуды волн, наблюдавшихся как результат действия нагревных стендов, поток высыпающихся электронов пренебрежимо мал.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Г. Демехов

Институт прикладной физики РАН (ИПФ РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: andrei@ipfran.ru
Россия, Нижний Новгород

Список литературы

  1. Андронов А.А., Трахтенгерц В.Ю. Кинетическая неустойчивость внешнего радиационного пояса Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 1964. Т. 4. № 2. С. 233—242.
  2. Беспалов П.А., Трахтенгерц В.Ю. Альфвеновские мазеры. Горький: ИПФ АН СССР, 1986. 190 с.
  3. Демехов А.Г., Трахтенгерц В.Ю., Райкрофт М., Нанн Д. Ускорение электронов в магнитосфере свистовыми волнами переменной частоты // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46. № 6. С. 751—756.
  4. Ковражкин Р.А., Могилевский М.М., Боске Ж.М. и др. Обнаружение высыпаний частиц из пояса кольцевого тока, стимулированных мощным наземным ОНЧ излучателем // Письма в ЖЭТФ. 1983. Т. 38. № 7. С. 332—333.
  5. Титова Е.Е., Демехов А.Г., Мочалов А.А., Гвоздевский Б.Б., Могилевский М.М., Парро М. КНЧ/ОНЧ возмущения над передатчиком HAARP, регистрируемые в верхней ионосфере на спутнике DEMETER // Изв. вузов. Радиофизика. 2015. Т. 58. № 3. С. 167—186.
  6. Трахтенгерц В.Ю., Райкрофт М. Дж. Свистовые и альфвеновские ионно-циклотронные мазеры в космосе. М.: Физматлит, 2011. 344 с.
  7. Фролов В.Л., Рапопорт В.О., Шорохова Е.А., Белов А.С., Парро М., Рош Ж.-Л. Характеристики электромагнитных и плазменных возмущений, индуцируемых на высотах внешней ионосферы Земли при модификации F2-области мощным КВ радиоизлучением стенда СУРА // Изв. вузов. Радиофизика. 2016. Т. 59. № 3. С. 198—222.
  8. Abel B., Thorne R.M. Electron scattering and loss in Earth’s inner magnetosphere: 1. Dominant physical processes // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. № 2. P. 2385—2396.
  9. Abel B., Thorne R.M. Electron scattering and loss in Earth’s inner magnetosphere: 2. Sensitivity to model parameters // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. № 2. P. 2397—2407.
  10. Artemyev A.V., Demekhov A.G., Zhang X.-J., et al. Role of ducting in relativistic electron loss by whistler-mode wave scattering // J. Geophys. Res. Space Phys. 2021. V. 126. № 11. Art. № e2021JA029851. https://doi.org/10.1029/2021JA029851
  11. Inan U.S., Bell T.F., Bortnik J., Albert J.M. Controlled precipitation of radiation belt electrons // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № A5. 1186. https://doi.org/10.1029/2002JA009580
  12. Kennel C.F., Engelmann F. Velocity Space Diffusion from weak plasma turbulence in a magnetic field // Phys. Fluids. 1966. V. 9. № 12. P. 2377—2388. https://doi.org/10.1063/1.1761629
  13. Lyons L.R. Pitch angle and energy diffusion coefficients from resonant interactions with ion-cyclotron and whistler waves // J. Plasma Phys. 1974. V. 12. Part 3. P. 417—432.
  14. Miyoshi Y., Saito S., Kurita S., et al. Relativistic electron microbursts as high-energy tail of pulsating aurora electrons // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. № 21. Art. № e90360. https://doi.org/10.1029/2020GL090360
  15. Moldwin M.B., Downward L., Rassoul H.K., Amin R., Anderson R.R. A new model of the location of the plasmapause: CRRES results // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. № A11. Art. № 1339. https://doi.org/10.1029/2001JA009211
  16. Mourenas D., Artemyev A.V., Ripoll J.-F., Agapitov O.V., Krasnoselskikh V.V. Timescales for electron quasi-linear diffusion by parallel and oblique lower-band chorus waves // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. № A6. Art. № A06234. https://doi.org/10.1029/2012JA017717
  17. Pasmanik D.L., Demekhov A.G. Peculiarities of VLF wave propagation in the Earth’s magnetosphere in the presence of artificial large-scale inhomogeneity // J. Geophys. Res. Space Phys. 2017. V. 122. № 7. https://doi.org/10.1002/2017JA024118
  18. Parrot М., Němec F., Cohen M.B., Gołkowski M. On the use of ELF/VLF emissions triggered by HAARP to simulate PLHR and to study associated MLR events // Earth, Planets and Space. 2022. V. 74. № 1. Art. № 4. https://doi.org/10.1186/s40623-021-01551-9
  19. Rapoport V.O., Frolov V.L., Polyakov S.V., Komrakov G.P., Ryzhov N.A., Markov G.A., Belov A.S., Parrot M., Rauch J.‐L. VLF electromagnetic field structures in ionosphere disturbed by Sura RF heating facility // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. № 10. Art. № A10322. https://doi.org/10.1029/2010JA015484
  20. Sauvaud J.-A., Maggiolo R., Jacquey C., Parrot M., Berthelier J.-J., Gamble R.J., Rodger C.J. Radiation belt electron precipitation due to VLF transmitters: Satellite observations // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35. № 9. Art. № L09101. https://doi.org/10.1029/2008GL033194
  21. Santolík O., Macúšová E., Kolmašová I., Cornilleau-Wehrlin N., de Conchy Y. Propagation of lower-band whistler-mode waves in the outer Van Allen belt: Systematic analysis of 11 years of multi-component data from the Cluster spacecraft // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41. № 8. P. 2729—2737. https://doi.org/10.1002/2014GL059815
  22. Sheeley B.W., Moldwin M.B., Rassoul H.K., Anderson R.R. An empirical plasmasphere and trough density model: CRRES observations // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. № 11. P. 25631—25641. https://doi.org/10.1029/2000JA000286
  23. Steinacker J., Miller J.A. Stochastic gyroresonant electron acceleration in a low-beta plasma. I. Interaction with parallel transverse cold plasma waves // Astrophys. J. 1992. V. 393. P. 764—781.
  24. Stubbe P. Review of ionospheric modification experiments at Tromsø // J. Atmos. Terr. Phys. 1996. V. 58. № 1—4. P. 349—368. https://doi.org/10.1016/0021-9169(95)00041
  25. Trakhtengerts V.Y., Rycroft M.J., Nunn D., Demekhov A.G. Cyclotron acceleration of radiation belt electrons by whistlers // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № A3. Art. № 1138. https://doi.org/10.1029/2002JA009559
  26. Vas’kov V.V., Bud’ko N.I., Kapustina O.V., Mikhailov Y.M., Ryabova N.A., Gdalevich G.L., Komrakov G.P., Maresov A.N. Detection on the INTERCOSMOS-24 satellite of VLF and ELF waves stimulated in the topside ionosphere by the heating facility SURA // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 1998. V. 60. № 12. P. 1261—1274. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(98)00054-6

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Результаты расчетов коэффициента питч-угловой диффузии: (а) — усредненный коэффициент; (б) — параметр сильной диффузии; (в) — отношение потоков в горизонтальном и вертикальном детекторах для L = 2.6 и NcL = 2774 см−3. Значения центральной частоты спектра волн указаны в надписи на графиках. Сплошные линии показывают результаты для однородного распределения плотности энергии волн в геомагнитной силовой трубке, пунктирные — для гауссова распределения с полушириной 20o.

Скачать (431KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость отношения потоков частиц в горизонтальном и вертикальном детекторах частиц от параметра диффузии Z согласно решению (5) при угловой полуширине конуса приема α0=15o, соответствующей прибору MEPED на спутниках NOAA/POES.

Скачать (39KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Отношение потоков в горизонтальном и вертикальном детекторах для L = 5: (а) — NcL = 118 см−3; (б) — NcL = 20 см−3. Значения центральной частоты спектра волн указаны в надписи на графиках. Сплошные линии показывают результаты для однородного распределения плотности энергии волн в геомагнитной силовой трубке, пунктирные — для гауссова распределения с полушириной 20o.

Скачать (332KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024