Москва, Россия
Москва, Россия
Мичиган, США
Кингстон, Онтарио, Канада
УДК 53 Физика
Для исследования физических процессов в плазме вблизи планет часто требуется знание положения и формы околопланетной ударной волны. Обычно используются эмпирические модели, поскольку теоретические магнитогидродинамические (МГД) и кинетические модели требуют слишком большого компьютерного времени и их невозможно применять для отслеживания быстропротекающих процессов. М.И. Веригин предложил полуэмпирический подход, основанный на применении точных теоретических выражений с небольшим числом параметров, имеющих ясный физический смысл. Эти параметры оцениваются при аппроксимации экспериментальных данных или результатов подробных МГД-расчетов. Ранее удалось построить такую модель ударной волны около препятствия произвольной формы в случае газодинамического течения. Эта модель может быть использована при любых звуковых числах Маха и больших значениях альфвеновского числа Маха. Кроме того, был рассчитан аналитически в МГД-приближении асимптотический конус Маха — угол наклона ударной волны на бесконечном удалении от планеты. В настоящей работе предлагается модель отошедшей ударной волны для любого направления магнитного поля по отношению к скорости набегающего потока и для любых чисел Маха. Параметрами модели являются расстояние носовой точки ударной волны от препятствия, радиус кривизны и затупленность ударной волны в носовой точке, параметр перехода к асимптотическому направлению ударной волны и угол скошенности носовой части ударной волны относительно направления набегающего потока.
солнечный ветер, межпланетное магнитное поле, околопланетная ударная волна, конус Маха
1. Веригин М.И. Положение и форма околопланетных ударных волн: газодинамические и МГД-аспекты // Солнечно-земные связи и электромагнитные предвестники землетрясений: сб. докладов III Международной конференции. 16-21 августа 2004 г., ИКИР ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский. 2004. С. 49-69.
2. Веригин М.И., Котова Г.А., Ремизов А.П. и др. Форма и положение околопланетных ударных волн // Космич. исслед. 1999. Т. 37, № 1. С. 38-43.
3. Котова Г.А., Веригин М.И., Гомбоши Т. и др. Аналитическое описание околопланетной ударной волны на основе ГД- и МГД-моделирования для магнитного поля параллельного и перпендикулярного потоку плазмы // Геомагнетизм и аэрономия. 2020. Т. 60. С. 164-172. DOI:https://doi.org/10.31857/S0016794020020078.
4. Bieber J.W., Stone E.C. Energetic electron bursts in the magnetopause electron layer and in interplanetary space / Magnetospheric Boundary Layers - A Sydney Chapman Conference / ESA SP-148. 1979. P.131.
5. Chapman J.F., Cairns I.H. Three-dimensional modeling of Earth’s bow shock: Shock shape as a function of Alfvén Mach number // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, iss. A05, 1174. DOI:https://doi.org/10.1029/2002JA009569.
6. Fairfield D.H. Average and unusual locations of the Earth’s magnetopause and bow shock // J. Geophys. Res. 1971. V. 76, N 28. P. 6700-6716.
7. Fairfield D.H., Cairns I.H., Desch M.D., et al. The location of low Mach number bow shocks at Earth // J. Geophys. Res. 2001. V. 106, N A11. P. 25361-25376. DOI: 10.1029/ 2000JA000252.
8. Formisano V. Orientation and shape of the Earth’s bow shock in three dimensions // Planet. Space Sci. 1979. V. 27. P. 1151.
9. Jelínek K., Němeček Z., Šafránková J. A new approach to magnetopause and bow shock modeling based on automated region identification // J. Geophys. Res. 2012. V. 117, A05208. DOI:https://doi.org/10.1029/2011JA017252.
10. Kotova G., Verigin M., Zastenker G., et al. Bow shock observations by Prognoz-Prognoz 11 data: analysis and model comparison // Adv. Space Res. 2005. V. 36. P. 1958-1963. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2004.09.007.
11. Meziane K., Alrefay T.Y., Hamza A. On the shape and motion of the earth’s bow shock // Planet. Space Sci. 2014. V. 93-94. P. 1-9. DOI:https://doi.org/10.1016/j.pss.2014.01.006.
12. Nĕmeček Z., Šafránková J. The Earth’s bow shock and magnetopause position as a result of solar wind-magnetosphere interaction // J. Atmos. Terr. Phys. 1991. V. 53, iss. 11-12. P. 1049-1054. DOI:https://doi.org/10.1016/0021-9169(91)90051-8.
13. Peredo M., Slavin J.A., Mazur E., Curtis S.A. Three-dimensional position and shape of the bow shock and their variation with Alfvénic, sonic and magnetosonic Mach numbers and interplanetary magnetic field orientation // J. Geophys. Res. 1995. V. 100, N A5. P. 7907-7916. DOI:https://doi.org/10.1029/94JA02545.
14. Petrinec S.M., Russell C.T. Hydrodynamic and MHD equations across the bow shock and along the surfaces of planetary obstacles // Space Sci. Rev. 1997. V. 79. P. 757-791. DOI:https://doi.org/10.1023/A:1004938724300.
15. Slavin J.A., Holzer R.E. Solar wind flow about the terrestrial planets. 1. Modeling bow shock position and shape // J. Geophys. Res. 1981. V. 86, N A13. P. 11401-11418.
16. Verigin M.I., Kotova G.A., Remizov A.P., et al. Studies of the Martian bow shock response to the variation of the magnetosphere dimensions according to TAUS and MAGMA measurements aboard the Phobos 2 orbiter // Adv. Space Res. 1997. V. 20, N 2. P. 155-158. DOI:https://doi.org/10.1016/S0273-1177(97)00526-7.
17. Verigin M., Kotova G., Szabo A., et al. WIND observations of the terrestrial bow shock 3-D shape and motion // Earth, Planets and Space. 2001a. V. 53, N 10. P. 1001-1009. DOI:https://doi.org/10.1186/BF03351697.
18. Verigin M.I., Kotova G.A., Slavin J., et al. Analysis of the 3-D shape of the terrestrial bow shock by Interball/Magion 4 observations // Adv. Space Res. 2001b. V. 28, N 6. P. 857-862. DOI:https://doi.org/10.1016/S0273-1177(01)00502-6.
19. Verigin M., Slavin J., Szabo A., et al. Planetary bow shocks: Gasdynamic analytic approach // J. Geophys. Res. 2003a. V. 108, iss. A08, 1323. DOI:https://doi.org/10.1029/2002JA009711.
20. Verigin M., Slavin J., Szabo A., et al. Planetary bow shocks: Asymptotic MHD Mach cones // Earth, Planets and Space. 2003b. V. 55. P. 33-38. DOI:https://doi.org/10.1186/BF03352460.
