Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Россия
Установлено пороговое условие возбуждения электромагнитных ОНЧ-излучений с хоровой структурой динамического спектра в дневной магнитосфере посредством механизма усиления коротких шумовых электромагнитных импульсов (beam pulse amplifier, BPA). В качестве модельной функции распределения электронов по скорости в магнитосфере использовано каппа-распределение. Расчеты, выполненные для этого распределения, показали, что порог возбуждения хоров во многом зависит от плазменного параметра электронов, равного отношению газокинетического давления электронов к магнитному давлению. Этой закономерности не противоречит обнаруженная нами по данным наблюдений космического аппарата Van Allen Probe зависимость вероятности возбуждения хоров от степени нерегулярности магнитного поля. Она представляет собой резкие колебания величины магнитного поля вблизи его локальных минимумов вне плазмосферы, где могут возбуждаться исследуемые излучения. При наличии нерегулярности вероятность обнаружения хоров >70 %, а при отсутствии или очень низкой нерегулярности вероятность отсутствия каких-либо излучений составляет ~80 %. Отмеченные результаты указывают на общую причину возбуждения хоров и нерегулярности магнитного поля — малое, но конечное значение плазменного параметра.
ОНЧ-излучения, хоры, взаимодействие волн и частиц, анализ данных, средняя магнитосфера
1. Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. М.: Атомиздат, 1979. 313 с.
2. Беспалов П.А., Трахтенгерц В.Ю. Циклотронная неустойчивость радиационных поясов Земли. В кн.: Вопросы теории плазмы. Под. ред. М.А. Леонтовича. М.: Атомиздат, 1980. В.10. С. 88–163.
3. Беспалов П.А., Савина О.Н., Жаравина П. Д. Особенности возбуждения хоров посредством BPA механизма в магнитосферных волноводах уплотнения и разрежения с рефракционным отражением. Космические исследования. 2022. Т. 60, № 1. С. 17–25. DOI:https://doi.org/10.1134/S0010952522010026.
4. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 683 с.
5. Agapitov O., Blum L.W., Mozer F.S., et al. Chorus whistler wave source scales as determined from multipoint Van Allen Probe measurements. Geophys. Res. Lett. 2017. Vol. 44. P. 2634–2642. DOI:https://doi.org/10.1002/2017GL072701.
6. Bell T.F., Inan U.S., Hague N., Pickett J.S. Source regions of banded chorus. Geophys. Res. Lett. 2009. Vol. 36. L11101. DOI:https://doi.org/10.1029/2009GL037629.
7. Benson R.F., Viсas A.F., Osherovich V.A., et al. Magnetospheric electron-velocity-distribution function information from wave observations. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013. Vol. 118. P. 5039–5049. DOI:https://doi.org/10.1002/jgra.50459.
8. Bespalov P., Savina O. An excitation mechanism for discrete chorus elements in the magnetosphere. Ann. Geophys. 2018. Vol. 36. P. 1201–1206. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-36-1201-2018.
9. Bespalov P.A., Savina O.N. On the linear theory of oblique magnetospheric chorus excitation. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2019. Vol. 185. P. 58–67. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2019.01.016.
10. Bespalov P.A., Savina O.N. Electromagnetic pulse amplification in a magnetized nearly stable plasma layer. Results in Physics. 2021. Vol. 28. Aid. 104607. DOI:https://doi.org/10.1016/j.rinp.2021.104607.
11. Fu X., Cowee M.M., Friedel R.H., et al. Whistler anisotropy instabilities as the source of banded chorus: Van Allen Probes observations and Particle-in-Cell simulations. J. Geophys. Res. 2014. Vol. 119. P. 8288–8298. DOI:https://doi.org/10.1002/2014JA020364.
12. Helliwell R.A. Whistlers and Related Ionospheric Phenomena. Stanford Univ. Press, Stanford, 1965.
13. Helliwell R.A. The role of the Gendrin mode of VLF propagation in the generation of magnetospheric emissions. Geophys. Res. Lett. 1995. Vol. 22. P. 2095–2098. DOI: 10.1029/ 95GL02003.
14. Horne R.B., Thorne, R.M. Potential waves for relativistic electron scattering and stochastic acceleration during magnetic storms. Geophys. Res. Lett. 1998. Vol. 25. P. 3011–3014. DOI:https://doi.org/10.1029/98GL01002.
15. Kasahara Y., Miyoshi Y., Omura Y., et al. Simultaneous satellite observations of VLF chorus, hot and relativistic electrons in a magnetic storm “recovery” phase. Geophys. Res. Lett. 2009. Vol. 36. L01106. DOI:https://doi.org/10.1029/2008GL036454.
16. Kletzing C.A., Kurth W.S., Acuna M., et al. The Electric and Magnetic Field Instrument Suite and Integrated Science (EMFISIS) on RBSP. Space Sci. Rev. 2013. Vol. 179. P. 127–181. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-013-9993-6.
17. Meredith N.P., Cain M., Horne R.B., et al. Evidence for chorus-driven electron acceleration to relativistic energies from a survey of geomagnetically disturbed periods. J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108, 1248. DOI:https://doi.org/10.1029/2002JA009764.
18. Miyoshi Y., Saito S., Seki K., et al. Relation between fine structure of energy spectra for pulsating aurora electrons and frequency spectra of whistler mode chorus waves. J. Geophys. Res. 2015. Vol. 120. P. 7728–7736. DOI:https://doi.org/10.1002/2015JA021562.
19. Nishimura Y., Bortnik J., Li W., et al. Identifying the Driver of Pulsating Aurora. Science. 2010. Vol. 330. P. 81–84. DOI:https://doi.org/10.1126/science.1193186.
20. Omura Y., Katoh Y., Summers D. Theory and simulation of the generation of whistler-mode chorus. J. Geophys. Res. 2008. Vol. 113, A04223. DOI:https://doi.org/10.1029/2007JA012622.
21. Summers D., Thorne R. M., Xiao F. Relativistic theory of wave-particle resonant diffusion with application to electron acceleration in the magnetosphere. J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103. P. 20487–20500. DOI:https://doi.org/10.1029/98JA01740.
22. Trakhtengerts V.Yu. Magnetosphere cyclotron maser: Backward wave oscillator generation regime. J. Geophys. Res. 1995. Vol. 100. P. 17205–17210. DOI:https://doi.org/10.1029/95JA00843.
23. Zhou C., Li W., Thorne R.M., et al. Excitation of dayside chorus waves due to magnetic field line compression in response to interplanetary shocks. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. Vol. 120. P. 8327–8338. DOI:https://doi.org/10.1002/2015JA021530.
24. URL: http://emfisis.physics.uiowa.edu/Flight/ (дата обращения 24 марта 2024 г.).
