Москва, Россия
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Геофизический Центр РАН
Москва, Россия
УДК 55 Геология. Геологические и геофизические науки
Рассмотрены МГД-волны (альфвеновская и быстрая магнитозвуковая моды) в однородной столкновительной трехкомпонентной плазме низкого давления (<<1). Трехкомпонентная плазма состоит из электронов, ионов и нейтралов с произвольным соотношением между частотами столкновений и периодами волны. Мы вывели общее дисперсионное уравнение и соотношения для фазовой скорости и декремента затухания МГД-мод в различных предельных случаях: от слабостолкновительной плазмы до сильного зацепления между ионами и нейтралами, а также для продольного и наклонного распространения волн. В слабостолкновительном пределе собственные МГД-моды сводятся к обычным альфвеновским и быстрым магнитозвуковым волнам. Для слабо ионизированной плазмы с сильной столкновительной связью нейтралов с ионами скорости магнитозвуковых и альфвеновских волн существенно уменьшаются по сравнению с альфвеновской скоростью в теории идеальной МГД. При очень низких частотах, когда нейтралы и ионы сильно связаны, становятся возможными слабозатухающие МГД-моды, названные медленными МГД-модами. Эти моды могут наблюдаться в солнечной короне и в F-слое земной ионосферы.
Солнце, земная ионосфера, столкновительная плазма, МГД-волны
1. Ballester J.L., Alexeev I.I., Collados M., et al. Partially ionized plasmas in astrophysics // Space Sci. Rev. 2018. V. 214, iss. 2. Article id. 58. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-018-0485-6.
2. Balthasar H., Wiehr E., Schleicher H., Wohl H. Doppler oscillations in solar prominences simultaneously observed with two telescopes: Discovery of a 30 s oscillation // Astron. Astrophys. 1993. V. 277. P. 635-638.
3. Barkhatov N.A., Barkhatova O.M., Grigor’ev G.I. Spectral characteristics of magnetogravity waves generated by high-energy mass source in the equatorial region of the atmosphere. Part I // Geomagnetism and Aeronomy. 2014. V. 54, N 6. P. 819-831.
4. Barkhatova O.M., Barkhatov N.A., Grigoriev G.I. Discovery of magnetogravitational waves in the ionosphere using maximal observed frequencies at oblique radio sounding paths // Izv. Vuzov. Radiophysics. 2009. V. 52, N 10. P. 761-778.
5. Cally P.S. Alfv´en reflection and reverberation in the solar atmosphere // Solar Phys. 2012. V. 280. P. 33-50. DOI:https://doi.org/10.1007/s11207-012-0052-3.
6. de Pontieu B., Haerendel G. Weakly damped Alfvén waves as drivers for spicules // Astron. Astrophys. 1998. V. 338. P. 729-736.
7. Foullon C., Verwichte E., Nakariakov V.M. Ultra-long-period oscillations in EUV filaments near to eruption: two-wavelength correlation and seismology // Astrophys. J. 2009. V. 700. P. 1658-1665. DOI:https://doi.org/10.1088/0004-637X/700/2/1658.
8. Karlov V.D., Kozlov S.I., Tkachev G.N. Large-scale disturbances in the ionosphere occurring during a passage of rocket with a running engine: A review // Cosmic Res. 1980. V. 18, N 2. P. 266-277.
9. McIntosh S.W., de Pontieu B., Carlsson M., et al. Alfvénic waves with sufficient energy to power the quiet solar corona and fast solar wind // Nature. 2011. V. 7357. P. 475-477. DOI:https://doi.org/10.1038/nature10235.
10. McLellan A., Winterberg F. Magneto-gravity waves and the heating of the solar corona // Solar Phys. 1968. V. 4. P. 401-408. DOI:https://doi.org/10.1007/BF00147905.
11. Nakariakov V.M., Pilipenko V.A., Heilig B., et al. Magnetohydrodynamic oscillations in the solar corona and Earth’s magnetosphere: Towards consolidated understanding // Space Sci. Rev. 2016. V. 200. P. 75-203.
12. Menk F.W., Waters C.L., Magnetoseismology. Ground-based remote sensing of Earth’s magnetosphere. Wiley-VCH 2013. 251 p. DOI:https://doi.org/10.1002/9783527652051.app2.
13. Nekrasov A.K. Compressible streaming instabilities of warm multicomponent collisional magnetized astrophysical disks // Phys. Plasmas. 2008. V. 15. 032907. DOI: 10.1063/ 1.2894561.
14. Nekrasov A.K. Electromagnetic streaming instabilities of magnetized accretion disks with strong collisional coupling of species // Astrophys. J. 2009. V. 695, N 1. P. 46-58.
15. Nekrasov A.K., Shadmehri M. Multicomponent theory of buoyancy instabilities in astrophysical plasma objects: the case of magnetic field perpendicular to gravity // Astrophys. Space Sci. 2011. V. 333. P. 477-490. DOI:https://doi.org/10.1007/s10509-011-0648-3.
16. Pandey B.P., Vranjes J., Krishan V. Waves in the solar photosphere // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2008. V. 386, iss. 3. P. 1635-1643. DOI: 10.1111/ j.1365-2966.2008.13144.x.
17. Pilipenko V., Mazur N., Fedorov E., et al. Alfvén wave reflection in a curvilinear magnetic field and formation of Alfv´enic resonators on open field lines // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. A10S05. DOI:https://doi.org/10.1029/2004JA010755.
18. Pokhotelov O.A., Parrot M., Pilipenko V.A., et al. Response of the ionosphere to natural and man-made acoustic sources // Ann. Geophys. 1995. V. 13, N 11. P. 1197-1210.
19. Rodriguez Gomez J.M., Palacios J., Vieira L., et al. The plasma β evolution through the solar corona during solar cycles 23 and 24 // Astrophys. J. 2019. V. 884, N 1. DOI:https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab40af.
20. Song P., Gombosi T.I., Ridley A.J. Three-fluid Ohm’s law // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 8149-8156.
21. Sorokin V.A., Fedorovich G.V. Physics of slow MHD waves in the ionospheric plasma. M.: Energoizdat, 1982. 135 p. (In Russian).
22. Tomaczyk S., McIntosh S.W., Keil S.L., et al. Alfv´en waves in the solar corona // Science. 2007. V. 317, N 5842. P. 1192-1196. DOI:https://doi.org/10.1126/science.1143304.
23. Tribble A.C., Pickett J.S., d’Angelo N., Murphy G.B. Plasma density, temperature and turbulence in the wake of the Shuttle orbiter // Planetary Space Sci. 1989. V. 37. P. 1001-1010. DOI:https://doi.org/10.1016/0032-0633(89)90054-8.
24. Vranjes J., Poedts S., Pandey B.P., de Pontieu D. Energy flux of Alfv´en waves in weakly ionized plasma // Astronomy Astrophys. 2008. V. 478. P. 553-558.
25. Yumoto K., Pilipenko V., Fedorov E., et al. The mechanisms of damping of geomagnetic pulsations // J. Geomag. Geoelectr. 1995. V. 47, N 2. P. 163-176.
26. Zaqarashvili T.V., Khodachenko M.L., Rucker H.O. Magnetohydrodynamic waves in solar partially ionized plasmas: two-fluid approach // Astron. Astrophys. 2011. V. 529. A82. DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/201016326.
27. Zaqarashvili T.V., Carbonell M., Ballester J.I., Khodachenko M.L. Cut-off wavenumber of Alfv´en waves in partially ionized plasmas of the solar atmosphere // Astron. Astrophys. 2012. V. 544. A143. DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/201219763.
