Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 27716 10.12737/szf-53201904 Обзоры Reviews Обзоры Diamagnetic structures as a basis of quasi-stationary slow solar wind Диамагнитные структуры — основа квазистационарного медленного солнечного ветра Еселевич Виктор Григорьевич Eselevich Viktor Grigoryevich esel@iszf.irk.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation 5 3 36 49 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/27716/view

Приведенные в данном обзоре результаты отражают основы современного понимания природы структур медленного солнечного ветра (СВ) на всем протяжении от Солнца до орбиты Земли. Известно, что источником медленного квазистационарного СВ на Солнце являются пояс и цепочки корональных стримеров. Пояс стримеров охватывает все Солнце в виде волнообразной поверхности (юбки) и представляет собой последовательность пар лучей повышенной яркости (концентрации плазмы) или два близко расположенных ряда лучей. Нейтральная линия радиальной компоненты глобального магнитного поля Солнца проходит между лучами каждой из пар вдоль пояса. Продолжением пояса стримеров в гелиосфере является гелиосферный плазменный слой (ГПС). Более детальный анализ данных космических аппаратов Wind и IMP-8 показал, что участки ГПС на орбите Земли регистрируются как последовательность диамагнитных трубок с плазмой повышенной концентрации и пониженным значением межпланетного магнитного поля (ММП). Они являются продолжением лучей повышенной яркости пояса стримеров вблизи Солнца. Их угловой размер примерно сохраняется на всем пути от Солнца до орбиты Земли. Каждая диамагнитная трубка ГПС обладает тонкой внутренней структурой на нескольких масштабах, или фрактальностью. Другими словами, диамагнитная трубка представляет собой набор вложенных друг в друга диамагнитных трубок, угловой размер которых может изменяться почти на два порядка. Этим последовательностям диамагнитных трубок, составляющих основу медленного СВ на орбите Земли, было дано более общее название — диамагнитные структуры (ДС). В заключительной части данной статьи дан сравнительный анализ нескольких событий, основанный на результатах этого обзора. Он позволил понять морфологию и природу происхождения нового термина «диамагнитные плазмоиды» СВ (локальные усиления плотности плазмы), который появился в ряде статей, опубликованных в 2012–2018 гг. Проведенный анализ впервые показал, что диамагнитные плазмоиды СВ являются мелкомасштабной составляющей фрактальных ДС медленного СВ, рассмотренных в данном обзоре.

The results presented in this review reflect the fundamentals of the modern understanding of the nature of the structure of the slow solar wind (SW) along the entire length from the Sun to the Earth's orbit. It is known that the source of the slow quasi-stationary SW on the Sun is the belt and the chains of coronal streamers The streamer belt encircles the entire Sun as a wave-like surface (skirt), representing a sequence of pairs of rays with increased brightness (plasma density) or two lines of rays located close to each other. Neutral line of the radial component of the solar global magnetic field goes along the belt between the rays of each of these pairs. The streamer belt extends in the heliosphere is as the heliospheric plasma sheet (HPS). Detailed analysis of data from Wind and IMP-8 satellites showed that HPS sections on the Earth orbit are registered as a sequence of diamagnetic tubes with high density plasma and low interplanetary magnetic field. They represent an extension of rays with increased brightness of the streamer belt near the Sun. Their angular size remains the same over the entire way from the Sun to the Earth's orbit. Each HPS diamagnetic tube has a fine internal structure on several scales, or fractality. In other words, diamagnetic tube is a set of nested diamagnetic tubes, whose angular size can vary by almost two orders of magnitude. These sequences of diamagnetic tubes that form the base of slow SW on the Earth's orbit has a more general name — diamagnetic structures (DS). In the final part of this article, a comparative analysis of several events was made, based on the results of this review. He made it possible to find out the morphology and nature of the origin of the new term “diamagnetic plasmoids” SW (local amplifications of plasma density), which appeared in several articles published during 2012–2018. The analysis carried out at the end of this article, for the first time, showed that the diamagnetic plasmoids SW are the small-scale component of the fractal diamagnetic structures of the slow SW, considered in this review.

 солнечный ветер диамагнитные структуры диамагнитные плазмоиды цепочки стримеров solar wind diamagnetic structures diamagnetic plasmoids streamer chain

Еселевич М.В., Еселевич В.Г. Некоторые особенности пояса корональных стримеров в солнечной короне и на орбите Земли // Астрономический журнал. 2006а. T. 83, № 9. C. 837-852. Borrini G., Wilcox J.M., Gosling J.T., Feldman W.C. Wilcox J.M. Solar wind helium and hydrogen structure near the heliospheric current sheet; a signal of coronal streamer at 1 AU. J. Geophys. Res. 1981, vol. 86, pp. 4565. Еселевич М.В., Еселевич В.Г. Проявление лучевой структуры пояса корональных стримеров в виде резких пиков концентрации плазмы солнечного ветра на орбите Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 2006б. Т. 46, № 6. С. 811-824. Eselevich V.G., Fainshtein V.G. The heliospheric current sheet (HCS) and high-speed solar wind: interaction effects. Planetary Space Sci. 1991, vol. 39, pp. 737-744. Михайловский А.Б. Теория плазменных неустойчивостей. М.: Атомиздат, 1970. Т. 1. 294 с. Eselevich V.G., Fainshtein V.G. On the existence of the heliospheric current sheet without a neutral line. Planetary Space Ssi. 1992, vol. 40, pp. 105. Пархомов В.А., Бородкова Н.Л., Еселевич В.Г. и др. Особенности воздействия диамагнитной структуры солнечного ветра на магнитосферу Земли // Солнечно-земная физика. 2017. Т. 3, № 4. C. 47-62. DOI: 10.12737/szf-34201705. Eselevich M.V., Eselevich V.G. Some features of coronal streamer belt in the solar corona and in Earth’s orbit. Astronomicheskii Zhurnal [Astron. J.]. 2006a, vol. 83, no. 9, pp. 837-852. (In Russian). Франк-Каменецкий Д.А. Лекции по физике плазмы. М.: Атомиздат, 1968. 288 с. Eselevich M.V., Eselevich V.G. Manifestation of radial structure of the coronal streamer belt as sharp peaks in the solar wind plasma density in Earth’s orbit. Geomagnetism and Aeronomy. 2006b, vol. 46, iss.6, pp. 710-782. DOI: 10.1134/ S0016793206060132. Borrini G., Wilcox J.M., Gosling J.T., et al. Solar wind helium and hydrogen structure near the heliospheric current sheet; a signal of coronal streamer at 1 AU // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. P. 4565. Eselevich M.V., Eselevich V.G. The double structure of the coronal streamer belt. Solar Phys. 2006, vol. 235, iss. 1-2, pp. 331-344. Eselevich V.G., Fainshtein V.G. The heliospheric current sheet (HCS) and high-speed solar wind: interaction effects // Planetary Space Sci. 1991. V. 39. P. 737-744. Eselevich V.G., Fainshtein V.G., Rudenko G.V. Study of the structure of streamer belts and chains in the solar corona. Solar Phys. 1999, vol. 188, pp. 277. Eselevich V.G., Fainshtein V.G. On the existence of the heliospheric current sheet without a neutral line // Planetary Space Sсi. 1992. V. 40. P. 105. Eselevich V.G., Fainshtein V.G., Eselevich M.V. The existence of long-lived rays of the coronal streamer belt. Radial density and velocity distributions of the solar wind flowing in them. Solar Phys. 2001, vol. 200, p. 259. Eselevich M.V., Eselevich V.G. The double structure of the coronal streamer belt // Solar Phys. 2006. V. 235, iss. 1-2. P. 331-344. Eselevich M., Eselevich V., Fujiki K. Streamer belt and chains as the main sources of quasi-stationary slow solar wind. Solar Phys. 2007, vol. 240, pp. 135-151. DOI: 10.1007/s 11207-006-0197-z. Eselevich V.G., Fainshtein V.G., Rudenko G.V. Study of the structure of streamer belts and chains in the solar corona // Solar Phys. 1999. V. 188. P. 277. Frank-Kamenetsky D.A. Lectures on Plasma Physics. Moscow, Atomizdat Publ., 1968. 288 p. (In Russian). Eselevich V.G., Fainshtein V.G., Eselevich M.V. The existence of long-lived rays of the coronal streamer belt. Radial density and velocity distributions of the solar wind flowing in them // Solar Phys. 2001. V. 200. P. 259. Howard R.A., Koomen M.J., Michels D.J., Tousey R., Detwiler C.R., Roberts D.E., et al. Report UAG-48. Synoptic observation of the solar corona during Carrington rotations 1580-1596 (11 October 1971 - 15 January 1973), World Data Center A for STP, NOAA, Boulder, Colorado, 1975. Eselevich M., Eselevich V., Fujiki K. Streamer belt and chains as the main sources of quasi-stationary slow solar wind // Solar Phys. 2007. V. 240. P. 135-151. DOI: 10.1007/s11207-006-0197-z. Illing R.M., Hundhausen A.J. Disruption of a coronal streamer by an eruptive prominence and a coronal mass ejection. J. Geophys. Res. 1986, vol. 91, pp. 10951. Howard R.A., Koomen M.J., Michels D.J., et al. Report UAG-48. Synoptic Observation of the Solar Corona During Carrington Rotations 1580-1596 (11 October 1971 - 15 January 1973), World Data Center A for STP, NOAA, Boulder, Colorado, 1975. Ivanov K., Bothmer V., Cargill P.J., P., Kharshiladze A.F., Romashets E.P., Veselovsky I.S. Subsector structure of the interplanetary space. Proc. The Second Solar Cycle and Space Whether Euroconference. Vicvo Equense (Italy). 2002, pp. 317-320. Illing R.M., Hundhausen A.J. Disruption of a coronal streamer by an eruptive prominence and a coronal mass ejection // J. Geophys. Res. 1986. V. 91. P. 10951. Karlsson, T., Brenning N., Nilsson H., Trotignon J.-G., Vallières X., Facsko G.. Localized density enhancements in the magnetosheath: Three-dimensional morphology and possible importance for impulsive penetration. J. Geophys. Res. 2012, vol. 117, iss. A3, CiteID A03227. DOI: 10.1029/2011JA017059. Ivanov K., Bothmer V., Cargill P.J., et al. Subsector structure of the interplanetary space // Proc. The Second Solar Cycle and Space Whether Euroconference. Vicvo Equense (Italy). 2002. P. 317. Karlsson T., Kullen, A., Liljeblad E., Brenning N., Nilsson H., Gunell H., Hamrin M. On the origin of magnetosheath plasmoids and their relation to magnetosheath jets. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015, vol. 120, iss. 9, pp. 7390-7403. DOI: 10.1002/2015JA021487. Karlsson T., Brenning N., Nilsson H., Trotignon J.-G., Vallières X., Facsko G.. Localized density enhancements in the magnetosheath: Three-dimensional morphology and possible importance for impulsive penetration. J. Geophys. Res. 2012, vol. 117, iss. A3, pp., CiteID A03227. DOI: 10.1029/ 2011JA017059. Korzhov N.P. Large-scale three-dimensional structure of the interplanetary magnetic field. Solar Phys. 1977, vol. 55, p. 505. Karlsson T., Kullen, A., Liljeblad E., Brenning N., Nilsson H., Gunell H., Hamrin M. On the origin of magnetosheath plasmoids and their relation to magnetosheath jets. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015, vol. 120, iss. 9, pp. 7390-7403. DOI: 10.1002/2015JA021487. Mikhailovsky A.B. Teoriya plazmennykh neustoichivostei [Theory of Plasma Instabilities]. Moscow, Atomizdat, 1970. vol. 1. 294 p. (In Russian). Korzhov N.P. Large-scale three-dimensional structure of the interplanetary magnetic field // Solar Phys. 1977. V. 55. P. 505. Milovanov A.V., Zelenyi L.M. Fractal clusters in the solar wind. Adv. Space Res. 1994, vol. 14, pp. 123-133. Milovanov A.V., Zelenyi L.M. Fractal clusters in the solar wind // Adv. Space Res. 1994. V. 14. P. 123-133. Milovanov A.V., Zelenyi L.M. Fraction excitations as a driving mechanism for the self-organized dynamical structuring in the solar wind. Astrophys. Space Sci. 1999, vol. 264, pp. 317-345. Milovanov A.V., Zelenyi L.M. Fraction excitations as a driving mechanism for the self-organized dynamical structuring in the solar wind // Astrophys. Space Sci. 1999. V. 264. P. 317-345. Parkhomov V.A., Borodkova N.L., Eselevich V.G., Eselevich M.V., Dmitriev A.V., Chilikin V.E. Features of the impact of the solar wind diamagnetic structure on Earth’s magnetosphere. Solar-Terrestrial Phys. 2017, vol. 3, no. 4, pp. 44-57. DOI: 10.12737/stp-34201705. Parkhomov V.А., Borodkova N.L., Eselevich V.G., et al. Solar wind diamagnetic structures as a source of substorm- like disturbances // J. Atmosph. Solar-Terr. Phys. 2018. V. 181. P. 55-67. DOI: 10.1016/j.jastp.2018.10.010 Parkhomov V.A., Borodkova N.L., Eselevich V.G., Eselevich M.V., Dmitriev A.V., Chilikin V.E. Solar wind diamagnetic structures as a source of substorm- like disturbances. J. Atmosph. Solar-Terr. Phys. 2018, vol. 181, pp. 55-67. DOI: 10.1016/j.jastp.2018.10.010 Schwenn R., March E. Physics of the Inner Heliosphere. II. Particle, waves and turbulence // Springer-Varlag, 1991. 185 p. Schwenn R., March E. Physics of the inner heliosphere. II. Particle, waves and turbulence. Springer-Varlag, 1991, 185 p. Stansby D., Horbury T.S. Number density structures in the inner heliosphere // Astron. Astrophys. 2018. V. 613, N A62. P. 7. DOI: 10.1051/0004-6361/201732567. Stansby D., Horbury T.S. Number density structures in the inner heliosphere. Astron. Astrophys. 2018, vol. 613, no. A62, p. 7. DOI: 10.1051/0004-6361/201732567. Svalgaard L.J., Wilcox W., Duvall T.L. A model combining the solar magnetic field // Solar Phys. 1974. V. 37. P. 157. Svalgaard L.J., Wilcox W., Duvall T.L. A model combining the solar magnetic field. Solar Phys. 1974, vol. 37, p. 157. Wang Y.M., Sheeley N.R., Rich N.B. Coronal pseudostreamers // Astrophys. J. 2007. V. 685. P. 1340. Wang Y.M., Sheeley N.R., Rich N.B. Coronal pseudostreamers. Astrophys. J. 2007, vol. 685, p. 1340. Winterhalter D., Smith E.J., Burton M.E., Murphy N. The heliospheric plasma sheet // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P. 6667. Winterhalter D., Smith E.J., Burton M.E., Murphy N., The heliospheric plasma sheet. J. Geophys. Res. 1994, vol. 99, p. 6667. Woo R., Armstrong J.W., Bird M.K., Patzold M. Fine-scale filamentary structure in coronal streamers // Astrophys. J. 1995. V. 449. P. L91-L94. Woo R., Armstrong J.W., Bird M.K., Patzold M. Fine-scale filamentary structure in coronal streamers. Astrophys. J. 1995, vol. 449, pp. L91-L94. URL: http://wso.stan-ford.edu (дата обращения 25 мая 2019). URL: http://wso.stan-ford.edu (accessed 25 May 2019).