доктор физико-математических наук;
doctor of physical and mathematical sciences;
доктор физико-математических наук;
doctor of physical and mathematical sciences;
При исследовании пондеромоторного воздействия волн Альфвена на околоземную плазму ранее использовалась общая формула для пондеромоторных сил, известная в классической электродинамике сплошных сред. Формула в явном виде не учитывает многоионного состава плазмы. Под действием волн были обнаружены заметные изменения макроскопических параметров — плотности и скорости плазмы. Плазма в магнитосфере Земли содержит ионы с различным отношением заряда к массе. Кроме ионов водорода и гелия, плазма содержит примеси ионов кислорода ионосферного происхождения, а также других тяжелых ионов. В этой связи возникает широкий круг задач о пондеромоторной сепарации ионов различных сортов. Для решения задач такого рода предлагается использовать парциальные пондеро-моторные силы и описывать плазму не гидродинамическими, а квазигидродинамическими уравнениями. В статье рассмотрен вывод выражений для парциаль-ных сил в случае бегущей монохроматической волны Альфвена, а также указан способ получения более общих формул путем разложения классической формулы, известной в макроскопической электродинамике, на сумму парциальных сил. Пондеромоторная сепарация ионов проиллюстрирована на примере задачи о диффузионном равновесии магнитосферной плазмы. Предложена гипотеза о том, что волны Альфвена перераспределяют плазму вдоль геомагнитных силовых линий таким образом, что плазма в минимумах магнитного поля характеризуется повышенным содержанием тяжелых ионов. Высказано предположение о существовании в потоке полярного ветра струйных течений с малой примесью тяжелых ионов. Статья посвящена 80-летию открытия волн Альфвена.
In the study of the ponderomotive action of Alfvén waves on near-Earth plasma, the general formula for ponderomotive forces, known in classical electrodynamics of continuous media, was previously used. The formula does not explicitly take into account the multi-ion composition of the plasma. Under the action of the waves, significant changes were found in macroscopic parameters — plasma density and velocity. Plasma in Earth’s magnetosphere contains ions with different charge-to-mass ratios. Besides hydrogen and helium ions, the plasma has an admixture of oxygen ions of ionospheric origin, as well as an admixture of other heavy ions. In this connection, a wide range of problems arise on the ponderomotive separation of ions of various types. To solve these problems, it is proposed to use partial ponderomotive forces and to describe the plasma not by hydrodynamic, but by quasi-hydrodynamic equations. In this paper, we discuss the derivation of partial forces for a traveling monochromatic Alfvén wave, and also suggest a method for deriving more general formulas by expanding the classical formula, known in macroscopic electrodynamic, into the sum of partial forces. The ponderomotive separation of ions is illustrated by the example of the problem for diffusion equilibrium of magnetospheric plasma. We propose a hypothesis that Alfvén waves redistribute plasma along geomagnetic field lines in such a way that the plasma at the magnetic field minima is characterized by an increased content of heavy ions. We suggest that a small admixture of heavy ions exists in the polar wind jet stream. The article is dedicated to the 80th anniversary of the discovery of Alfvén waves.