В завершающий день Семнадцатой ежегодной конференции «Физика плазмы в Солнечной системе» прошло пленарное заседание секции «Прогноз космической погоды и прикладные вопросы физики магнитосферы и ионосферы». Старший научный сотрудник ИКИ РАН и кандидат физико-математических наук А.В. Артемьев выступил с докладом «Спутниковые наблюдения эффектов нелинейного резонансного взаимодействия электронов и свистовых волн в радиационных поясах Земли».

Антон Владимирович рассказал об электромагнитных волнах и радиационных поясах земли, которые возникают на экваторе. По его словам, интенсивность таких волн быстро спадает.

Артемьев объяснил, как происходит фазовый захват и нелинейное рассеяние. Есть фаза, описывающая взаимодействие электронов и электромагнитных волн. Системой руководят параметр неоднородности магнитного поля и параметр интенсивности волн. Антон Артемьев отметил, что неоднородность и амплитуда волны зависят от геомагнитной широты и меняются вдоль движения электронов и волн. Рассказал, что теоретическая база данных исследований была заложена в 1970-х гг.

Антон Владимирович рассказал о двух типах резонансов: циклотронный и Ландау. По словам Артемьева, характерные черты резонансов – это фазовый захват и нелинейное рассеивание. В случае с Ландау резонансом захват частиц приводит к уменьшению угла и росту энергии. В циклотронном резонансе фазовый захват сдвигает частицу в сторону большей энергии, а рассеяние – в сторону меньшей энергии.

Артемьев обратил внимание на вспышечные высыпания электронов. Показал на схемах моделирование волн на экваторе. Говоря о потерях и высыпаниях Ландау резонанса, Антон Владимирович рассказал о «красивом эффекте» нелинейного взаимодействия, когда на низких высотах спутник фиксирует высыпания, где величины внутри конуса потерь превышают показания вне конуса.

«Такой эффект трудно сформировать диффузионным способом, но Ландау резонанс позволяет это сделать, если мы учтем, что ускорение проходит с уменьшением pitch-angle (угла наклона). И поэтому частицы, которые набирают энергию, pitch-angle уменьшают. А в следствие волна может захватить частицы с малыми энергиями и, увеличив их энергию до 100 keV, в процессе ускорения перенести их в конус потерь. Получается, что из очень высокой фазы плотности с областью малой энергии переносим частицы в область с малой фазой плотности большой энергии. И это вызывает такое неравномерное распределение частиц», - объяснил Артемьев.

Подводя итоги, Антон Владимирович подчеркнул, что согласно статистике амплитуд свистовых волн в радиационных поясах Земли около 30% наблюдаемых волн резонируют с электронами в нелинейном режиме. Исследования потоков энергичных электронов на экваториальных и низко-высотных спутниках говорят о том, что эффективное ускорение электронов происходит из-за фазовых захватов в циклотронном резонансе и формирования перпендикулярных потоков, а также за счет фазовых захватов в Ландау резонансе с формированием параллельных потоков. Измерения показали, что «вспышки» высыпаний электронов в конус потерь случаются при нелинейном рассеянии в циклотронном резонансе. А «перегрузку» конуса потерь вызывает транспорт электронов, которые были захвачены в Ландау резонанс.

Посмотреть полное выступление можно по ссылке.

Источник фото: скриншот трансляции ИКИ РАН.