Иркутск, Россия
В работе исследована пространственная структура собственных гармоник полоидального альфвеновского резонатора, зарегистрированных спутником RBSP-B 23 октября 2012 г. в 19:12–20:24 UT. Для интерпретации данных использован метод фазовых портретов, представляющих собой совокупность графиков компонент магнитного/ электрического поля колебаний и разности фаз между поперечными компонентами. На основе теоретического описания магнитосферных МГД-волн построено аналитическое решение для собственных мод полоидального альфвеновского резонатора. Показано, что разности фаз отдельных монохроматических гармоник наблюдаемых колебаний имеют квазипериодическую структуру, что позволило подтвердить их резонаторную природу, а аналитически рассчитанные компоненты магнитного поля вдоль траектории движения спутника качественно совпадают с данными спутниковых наблюдений. На основе сопоставления теоретических расчетов структуры поперечных компонент магнитного поля с данными наблюдений выдвинуто предположение, что основной вклад в наблюдаемые колебания вносят вторая и четвертая собственные гармоники полоидального резонатора.
альфвеновские волны, полоидальный резонатор, УНЧ-волны, спутниковые наблюдения
1. Вакман Д.Е., Вайнштейн Л.А. Амплитуда, фаза, частота — основные понятия теории колебаний. Успехи физических наук. 1977, т. 123, № 4, с. 657–682.
2. Поляков С.В., Рапопорт В.О. Ионосферный альфвеновский резонатор. Геомагнетизм и аэрономия. 1981, т. 21, № 5, c. 610–614.
3. Breneman A.W., Wygant J.R., Tian S., et al. The Van Allen Probes electric field and waves instrument: science results, measurements, and access to data. Space Sci. Rev. 2022, vol. 218, no. 8, article id. 69. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-022-00934-y.
4. Chen L., Hasegawa A. A theory of long-period magnetic pulsations: 1. Steady state excitation of field line resonance. J. Geophys. Res. 1974, vol. 79, pp. 1024–1032.
5. Cramm R., Glassmeier K.H., Othmer H., et al. A case study of a radially polarized Pc4 event observed by the Equator-S satellite. Ann. Geophys. 2000, vol. 18, no. 4, pp. 411–415.
6. Eriksson P.T.I., Walker A.D.M., Stephenson J.A.E. A statistical correlation of Pc5 pulsations and solar wind pressure oscillations. Adv. Space Res. 2006, vol. 38, no. 8, pp. 1763–1771.
7. Glassmeier K.H. Magnetometer array observations of a giant pulsation event. J. Geophys. Zeitschrift Geophysik. 1980, vol. 48, no. 3, pp. 127–138.
8. Guglielmi A.V., Kangas J., Potapov A.S. Quasiperiodic modulation of the Pc1 geomagnetic pulsations: An unsettled problem. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2001, vol. 106, no. A11, pp. 25847–25855. DOI:https://doi.org/10.1029/2001JA000136.
9. Keiling A. Alfvén Waves and Their Roles in the Dynamics of the Earth’s Magnetotail: A Review. Space Sci. Rev. 2009, vol. 142, pp. 73–156.
10. Kim K.-H., Kim G.-J., Kwon H.-J. Distribution of equatorial Alfven velocity in the magnetosphere: A statistical analysis of THEMIS observations. Earth Planets and Space. 2018, vol. 70, no. 1, p. 174. DOI:https://doi.org/10.1186/s40623-018-0947-9.
11. Klimushkin D.Y., Mager P.N., Glassmeier K.H. Toroidal and poloidal Alfvén waves with arbitrary azimuthal wavenumbers in a finite pressure plasma in the Earth’s magnetosphere. Ann. Geophys. 2004, vol. 22, no. 1, pp. 267–287. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-22-267-2004.
12. Kozlov D.A., Leonovich A.S. Polarization Splitting of the Alfvén wave spectrum in a dipole magnetosphere with a rotating plasma. Plasma Physics Rep. 2006, vol. 32, no. 9, pp. 765–774.
13. Kozlov D.A., Leonovich A.S., Vlasov A.A. Determining the radial structure of high-m Alfvén wave by means of the “phase portrait” method. Adv. Space Res. 2024, vol. 73, no. 1, pp. 624–631.
14. Lee D.H., Lysak R.L. Effects of azimuthal asymmetry on ULF waves in the dipole magnetosphere. Geophys. Res. Lett. 1990, vol. 17, no. 1, pp. 53–56.
15. Leonovich A.S., Mazur V.A. The spatial structure of poloidal Alfvén oscillations of an axisymmetric magnetosphere. Planetary and Space Science. 1990, vol. 43, pp. 1231–1241. DOI: 10.1016/ 0032-0633(90)90128-D.
16. Leonovich A.S., Mazur V.A. A theory of transverse small-scale standing Alfven waves in an axially symmetric magnetosphere. Planetary and Space Science. 1993, vol. 41, pp. 697–717.
17. Leonovich A.S., Mazur V.A. Magnetospheric resonator for transverse-small-scale standing Alfven waves. Planetary and Space Science. 1995, vol. 43, pp. 881–883.
18. Leonovich A.S., Mazur V.A. Penetration to the Earth’s surface of standing Alfvén waves excited by external currents in the ionosphere. Ann. Geophys. 1996, vol. 14, pp. 545–556.
19. Leonovich A.S., Zong Q.-Z., Kozlov D.A., et al. “Phase portraits” of Alfvén waves in magnetospheric plasma. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2022, vol. 127, no. 6, p. e2022JA030432.
20. Lysak R.L., Yoshikawa A. Resonant cavities and waveguides in the ionosphere and atmosphere. Magnetospheric ULF Waves: Synthesis and New Directions / Eds. K. Takahashi, P.J. Chi, R.E. Denton, R.L. Lysak. Washington, American Geophysical Union, 2006, vol. 169, pp. 289–306. DOI:https://doi.org/10.1029/169GM19.
21. Mager P.N., Klimushkin D.Yu. Giant pulsations as modes of a transverse Alfvénic resonator on the plasmapause. Earth, Planets and Space. 2013, vol. 65, pp. 397–409. DOI:https://doi.org/10.5047/eps.2012.10.002.
22. Mager P.N., Mikhailova O.S., Mager O. V., et al. Eigenmodes of the transverse Alfvénic resonator at the plasmapause: A Van Allen Probes case study. Geophys. Res. Lett. 2018, vol. 45, no. 19, pp. 10796–10804. DOI:https://doi.org/10.1029/2018GL079596.
23. Mikhailova O.S., Mager P.N., Klimushkin D.Yu. Transverse resonator for ion-ion hybrid waves in dipole magnetospheric plasma. Plasma Physics and Controlled Fusion. 2020, vol. 62, no. 9, p. 095008. DOI:https://doi.org/10.1088/1361-6587/ab9be9.
24. Min K., Takahashi K., Ukhorskiy A.Y., et al. Second harmonic poloidal waves observed by Van Allen Probes in the dusk-midnight sector. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2017, vol. 122, pp. 3013–3039.
25. Paschmann G., Daly P.W. Multi-spacecraft analysis methods revisited. International Space Science Institute. 2008, 100 p.
26. Schumann W.O. Über die strahlungslosen Eigenschwingungen einer leitenden Kugel, die von einer Luftschicht und einer Ionosphärenhülle umgeben ist. Zeitschrift für Naturforschung A. 1952, vol. 7, no. 2, pp. 149–154. DOI:https://doi.org/10.1515/zna-1952-0202.
27. Southwood D.J. Some features of field line resonances in the magnetosphere. Planetary and Space Science. 1974, vol. 22, pp. 483–491.
28. Southwood D.J., Kivelson M.G. Damping standing Alfvén waves in the magnetosphere. J. Geophys. Res. 2001, vol. 106, pp. 10829–10836.
29. Stasiewicz K., Bellan P., Chaston C., et al. Small Scale Alfvénic Structure in the Aurora. Space Sci. Rev. 2000, vol. 92, pp. 423–533.
30. Takahashi K., Oimatsu S., Nosé M., et al. Van Allen Probes observations of second-harmonic poloidal standing Alfvén waves. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2018, vol. 123, pp. 611–637.
31. Tamao T. Transmission and coupling resonance of hydromagnetic disturbances in the non-uniform Earth’s magnetosphere. Science Reports of Tohoku University. 1965, vol. 17, pp. 43–54.
