Москва, Россия
Москва, Россия
Поставлена задача о пондеромоторном разделении и ускорении ионов с различным отношением заряда к массе под влиянием волн Альфвена, постоянно существующих в магнитосфере в виде геомагнитных пульсаций. Выведены формулы для парциальных пондеромоторных сил, действующих на легкие и тяжелые (металлические) ионы. В квазигидродинамическом приближении получена система уравнений, описывающая распределение ионов вдоль силовых линий магнитного поля в магнитосфере Земли. Установлено, что число Кларка, характеризующее металличность плазмы, максимально в минимуме магнитного поля на силовой линии, вдоль которой распространяется альфвеновская волна, что приводит к накоплению тяжелых ионов в вершине силовой линии в месте пересечения ее с магнитным экватором. Полученные теоретические результаты согласуются с результатами спутниковых измерений распределения тяжелых ионов вдоль силовых линий в магнитосфере Земли.
парциальные пондеромоторные силы, волны Альфвена, тяжелые ионы, амбиполярная диффузия, геомагнитное поле, число Кларка
1. Альфвен Х. Космическая электродинамика. М.: Иностранная литература, 1952. 290 с.
2. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 685 с.
3. Гульельми А.В. МГД-волны в околоземной плазме. М.: Наука, 1979. 139 с.
4. Гульельми А.В. Пондеромоторные силы в коре и в магнитосфере Земли. Физика Земли. 1992. № 7. С. 35–40.
5. Гульельми А.В., Потапов А.С. Влияние тяжелых ионов на спектр колебаний магнитосферы. Космические исследования. 2012. Т. 50, № 4. С. 283–291.
6. Гульельми А.В., Потапов А.С. Частотно-модулиро-ванные ультранизкочастотные волны в околоземном космическом пространстве. УФН. 2021. Т. 191, № 5. С. 475–491. DOI:https://doi.org/10.3367/UFNr.2020.06.038777.
7. 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.
8. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит, 2003. 656 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 магнитосфер-ных ионов вверх осцилляторной составляющей центробежной силы. Солнечно-земная физика. 2010. Вып. 16. С. 14–18.
12. Потапов А.С., Гульельми А.В., Поляков А.Р. Понде-ромоторные силы в магнитосферном ионно-циклотронном резонаторе. Доклады Академии наук. 2002. Т. 383, № 5. С. 688–690.
13. Фейгин Ф.З., Гульельми А.В. Пондеромоторные силы волн Альфвена в магнитосфере Земли. Физика Земли. 2023. № 6. С. 190–198.
14. Denton R.E., Takahashi K., Galkin I.A., et al. Distribution of density along magnetospheric field lines. J. Geophys. Res. 2006. Vol. 111, A04213. DOI:https://doi.org/10.1029/2005JA011414.
15. Denton M.H., Henderson M.G., Maruyama N., Fuselier S.A. The cold ion population at geosynchronous orbit and transport to the dayside magnetopause: September 2015 to February 2016. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2019. Vol. 124. P. 8685–8694. DOI:https://doi.org/10.1029/2019JA026973.
16. Fuselier S.A., Ionospheric oxygen ions in the dayside magnetosphere. J. Atmosph. Solar-Terr. Phys. 2020. Vol. 210, 105448. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2020.105448.
17. Fuselier S.A., Klumpar D.M., Peterson W.K., Shelley E.G. Direct injection of ionospheric O+ into the dayside low latitude boundary layer. Geophys. Res. Lett. 1989. Vol. 16. P. 1121–1124. DOI:https://doi.org/10.1029/GL016i010p01121.
18. Guglielmi A.V., Potapov A.S., Russell C.T. The ion cyclotron resonator in the magnetosphere. Письма в ЖЭТФ. 2000. Т. 72, вып. 6. С. 432–435.
19. Kronberg E.A., Ashour-Abdalla M., Dandouras I., et al. Circulation of heavy ions and their dynamical effects in the magnetosphere: Recent observations and models. Space Sci. Rev. 2014. Vol. 184. P. 173–235. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-014-0104-0.
20. Lundin R., Guglielmi A.V. Ponderomotive forces in Cosmos. Space Sci. Rev. 2006. Vol. 127, no. 1-4. P. 1–116. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-006-8314-8.
21. Nosé M., Ieda A., Christon S.P. Geotail observations of plasma sheet ion composition over 16 years: On variations of average plasma ion mass and O+ triggering substorm model. J. Geophys. Res. 2009. Vol. 114, A07223. DOI:https://doi.org/10.1029/2009 JA014203.
22. Nosé M., Takahashi K., Anderson R.R., Singer H.J. Oxygen torus in the deep inner magnetosphere and its contribution to recurrent process of O+ rich ring current formation, J. Geophys. Res. 2011. Vol. 116, A10224. DOI:https://doi.org/10.1029/2011JA016651.
23. Roberts W.T. Jr., Horwitz J.L., Comfort R.H., et al. Heavy ion density enhancements in the outer plasmasphere. J. Geophys. Res. 1987. Vol. 92. P. 13499–13512. DOI: 10.1029/ JA092iA12p13499.
24. Takahashi K., Denton R.E., Anderson R.R., Hughes W.J. Frequencies of standing Alfvén wave harmonics and their implication for plasma mass distribution along geomagnetic field lines: Statistical analysis of CRRES data. J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109, A08202. DOI:https://doi.org/10.1029/2003JA010345.
25. URL: https://www.aanda.org/glossary/194-metallicity (дата обращения 29 апреля 2024 г.).
