Иркутск, Россия
УДК 55 Геология. Геологические и геофизические науки
Изучены возмущения второго порядка по амплитуде, создаваемые альфвеновскими волнами. Для таких возмущений получены уравнения и найдены их решения. Показано, что возмущения второго порядка создаются магнитным давлением волн и представляют собой течения плазмы и возмущения магнитного поля в плоскости, перпендикулярной направлению возмущения поля и смещению плазмы в альфвеновской волне. В связи с интерпретацией наблюдаемых в хвосте магнитосферы быстрых потоков плазмы наибольший интерес представляет полученное описание течений второго порядка, связывающее их свойства со свойствами альфвеновских волн и породившего их возмущения. Результаты позволяют предположить, что по меньшей мере часть наблюдаемых в хвосте магнитосферы быстрых потоков плазмы может быть одним из проявлений распространяющихся альфвеновских волн. Используемая модель среды и приближение холодной плазмы вполне применимы на внешних краях плазменного слоя (PSBL), где наблюдается существенная часть быстрых потоков плазмы.
альфвеновские волны, геомагнитный хвост, быстрые потоки плазмы
1. Birn J., Liu Y., Daughton W., et al. Reconnection and interchange instability in the near magnetotail // Earth, Planets and Space. 2015. V. 67. 110. DOI:https://doi.org/10.1186/s40623-015-0282-3.
2. Cao J.B., Ma Y.D., Parks G., et al. Joint observations by Cluster satellites of bursty bulk flows in the magnetotail // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2006. V. 111, N A4. A04206. DOI:https://doi.org/10.1029/2005JA011322.
3. Dmitrienko I.S. Nonlinear effects in Alfvén resonance // J. Plasma Phys. 1997. V. 57, N 2. Р. 311-326.
4. Dmitrienko I.S. Formation of accelerated ion flows in Alfvén disturbances of the magnetotail // Geomagnetism and Aeronomy. 2011. V. 51, N 8. P. 1160-1164. DOI: 10.1134/ S0016793211080032.
5. Dmitrienko I.S. Evolution of FMS and Alfvén waves produced by the initial disturbance in the FMS waveguide // J. Plasma Phys. 2013. V. 79, N 1. P. 7-17. DOI: 10.1017/ S0022377812000608.
6. Du A.M., Nakamura R., Zhang T.L., et al. Fast tailward flows in the plasma sheet boundary layer during a substorm on 9 March 2008: THEMIS observations // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2011. V. 116, N A3. A03216. DOI:https://doi.org/10.1029/2010 JA015969.
7. Fruhauff D., Glassmeier K.-H. Statistical analysis of magnetotail fast flows and related magnetic disturbances // Ann. Geophys. 2016. V. 34. P. 399-409.
8. Keiling A. Alfvén waves and their roles in the dynamics of the Earth’s magnetotail: a review // Space Sci. Rev. 2009. V. 142, iss. 1-4. P. 73-156. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-008-9463-8.
9. Keiling A., Wygant J.R., Cattell C., et al. Large Alfvén wave power in the plasma sheet boundary layer during the expansion phase of substorms // Geophys. Res. Lett. 2000. V. 27, N 19. P. 3169-3172. DOI:https://doi.org/10.1029/2000GL000127.
10. Keiling A., Parks G.K., Wygant J.R., et al. Some properties of Alfvén waves: observations in the tail lobes and the plasma sheet boundary layer // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, iss. A10. A10S11. DOI:https://doi.org/10.1029/2004JA010907.
11. Klimushkin D.Yu., Mager P.N., Pilipenko, V.A. On the ballooning instability of the coupled Alfvén and drift compressional modes // Earth, Planets and Space. 2012. V. 64, N 9. P. 777-781. DOI:https://doi.org/10.5047/eps.2012.04.002.
12. Lee D.Y. Ballooning instability in the tail plasma sheet // Geophys. Res. Lett. 1998. V. 25, iss. 21. P. 4095-4098. DOI:https://doi.org/10.1029/1998GL900105.
13. Leonovich A.S., Mishin V.V., Cao J.B. Penetration of magnetosonic waves into the magnetosphere: Influence of a transition layer // Ann. Geophys. 2003. V. 21, N 5. P. 1083-1093. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-21-1083-2003.
14. Leonovich A.S., Kozlov D.A. On balooning instability in current sheets // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2013. V. 55, N 8. 085013. DOI:https://doi.org/10.1088/0741-3335/55/8/085013.
15. Mager P.N., Klimushkin D.Yu. Non-resonant instability of coupled Alfvén and drift compressional modes in magnetospheric plasma // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2017. V. 59, N 9. 095005. DOI:https://doi.org/10.1088/1361-6587/aa790c.
16. Mazur V.A., Chuiko D.A. Kelvin-Helmholtz instability on the magnetopause, magnetohydrodynamic waveguide in the outer magnetosphere, and Alfvén resonance deep in the magnetosphere // Plasma Physics Rep. 2013. V. 39, N 6. P. 488-503.
17. Mazur N.G., Fedorov E.N., Pilipenko V.A. MHD waveguides in space plasma // Plasma Physics Rep. 2010. V. 36, N 7. P. 609-626. DOI:https://doi.org/10.1134/S1063780X10070081.
18. Pokhotelov O.A., Onishchenko O.G., Sagdeev R.Z., Treumann R.A. Nonlinear dynamics of inertial Alfvén waves in the upper ionosphere: Parametric generation of electrostatic convective cells // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2003. V. 108, N A7. 1291. DOI:https://doi.org/10.1029/2003JA009888.
19. Pokhotelov O.A., Onishchenko O.G., Sagdeev R.Z., et al. Parametric interaction of kinetic Alfvén waves with convective cells // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2004. V. 109, iss. A3. A03305. DOI:https://doi.org/10.1029/2003JA010185.
20. Takada T., Nakamura R., Baumjohann W., et al. Alfvén waves in the near-PSBL lobe: Cluster observations // Ann. Geophys. 2006. V. 24. P. 1001-1013.
21. Takada T., Seki K., Hirahara M., et al. Statistical properties of lowfrequency waves and ion beams in the plasma sheet boundary layer: Geotail observations // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2005. V. 110, iss. A2. A02204. DOI:https://doi.org/10.1029/2004JA010395.
22. Walker A.D.M. Excitation of field line resonances by sources outside the magnetosphere // Ann. Geophys. 2005. V. 23, N 1. P. 3375-3388. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-23-3375-2005.
23. Wright A.N., Allan W. Simulations of Alfvén waves in the geomagnetic tail and their auroral signatures // J. Geophys. Res. 2008. V. 113, iss. A2. A02206. DOI:https://doi.org/10.1029/2007 JA012464.
24. Zhao J.S., Wu D.J., Yu M.Y., Lu J.Y. Convective cell generation by kinetic Alfvén wave turbulence in the auroral ionosphere // Phys. Plasmas. 2012. V. 19, N 6. 062901. DOI:https://doi.org/10.1063/1.4729327.
25. Zong Q.-G., Fu S.Y., Baker D.N., et al. Earthward flowing plasmoid: Structure and its related ionospheric signature // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2007. V. 112, iss. A7. A07203. DOI:https://doi.org/10.1029/2006JA012112.
