Москва, Россия
Москва, Россия
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.
электродинамика, плазма, волна Альфвена, пондеромоторная сила, геомагнитное поле, амбиполярная диффузия, шкала высот, резонансное ускорение, полярный ветер
1. Альфвен Х. Космическая электродинамика. М.: ИЛ, 1952. 260 с.
2. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 685 с.
3. Гинзбург В.Л. Теоретическая физика и астрофизика. М.: Ленанд, 2020. 488 с.
4. Гульельми А.В. МГД-волны в околоземной плазме. М.: Наука, 1979. 139 с.
5. Гульельми А.В. Пондеромоторные силы в коре и в магнитосфере Земли. Физика Земли. 1992. № 7. С. 35-40.
6. Гульельми А.В., Фейгин Ф.З. Воздействие пондеромоторных сил на магнитосферу Земли. Физика Земли. 2018. № 5. C. 53-60. DOI:https://doi.org/10.1134/S1069351318050075.
7. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит, 2003а. 656 с.
8. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М.: Физматлит, 2003б. 536 с.
9. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. М.: Наука, 1979. 528 с.
10. Нишида А. Геомагнитный диагноз магнитосферы. М.: Наука, 1980. 299 с.
11. Потапов А.С., Гульельми А.В. Ускорение магнитосферных ионов вверх осциляторной составляющей центробежной силы. Солнечно-земная физика. 2010. Вып. 16. С. 14-18.
12. Чугунин Д.В., Клименко М.В., Клименко В.В. Характеристики потоков полярного ветра на высотах 20000 км. Химическая физика. 2018. Т. 37, № 5. С. 31-36.
13. Alfvén H. Existence of electromagnetic-hydrodynamic waves. Nature. 1942. Vol. 150. P. 405-406.
14. Banks P.M., Holzer T.E. The polar wind. J. Geophys. Res. 1968. Vol. 73 (21). P. 6846-6854.
15. Barnett R.L., Green D.L., Waters C.L., et al. Ponderomotive force driven density modifications parallel to B0 on the LAPD. Phys. Plasmas. 2022. Vol. 29, iss. 4. 042508. DOI:https://doi.org/10.1063/5.0071162.
16. Espinoza-Troni J., Asenjo F.A., Moya P.S. Ponderomotive forces due to electron waves in unmagnetized plasmas described by Kappa distribution functions. Plasma Phys. Control. Fusion. 2023. Vol. 65 (6). 06500. DOI:https://doi.org/10.1088/1361-6587/acc68a.
17. Feygin F.Z., Pokhotelov O.A., Pokhotelov D.O., et al. Exo-plasmaspheric refilling due to ponderomotive forces induced by geomagnetic pulsations. J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102. P. 4841-4845.
18. Feygin F.Z., Pokhotelov O.A., Pokhotelov D.O., et al. Effect of heavy ions on pondedromotive forces due to ion cyclotron waves. J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103. P. 20481-20486.
19. Nekrasov A.K., Feygin F.Z. Ponderomotive modification of multicomponent magnetospheric plasma due to electromagnetic ion cyclotron waves. Astrophys. Space Sci. 2013. Vol. 346. P. 203-212.
