авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Резонансные эффекты ультра-низкочастотных волновых полей в околоземном пространстве

-- [ Страница 2 ] --

Исследование устойчивости низкочастотных ( i ) колебаний сводится к исследованию комплексных собственных значений системы уравнений 11 N 2 12 A = 22 N 2 M 21 Зацепление различных мод поперечно-мелкомасштабных колебаний определяется эффектами конечного ларморовского радиуса. Возмущения с поперечными длинами волн, большими ларморовского радиуса, т.е. (k ) 2 1, в плазме конечного давления распадаются на независимые колебания – альвеновскую волну и моду магнитозвукового типа ( N 2 ) A = 0, M = ( N 2 ) M = 0, A = Потенциал A ( j ) характеризует сжимаемую альвеновскую волну (compressional Alfven wave), являющуюся обобщением представления об альвеновских волнах для плазмы конечного давления.

Сжимаемые альвеновские волны канализируются вдоль внешнего магнитного поля, но при этом обладают конечной продольной магнитной компонентой B. Альвеновская мода с частотой k VA + O( ) может раскачиваться при дрейфовой неустойчивости, но с малым инкрементом.

Потенциал M ( p + B B0 / 4 ) характеризует моду магнитозвукового типа. Эта мода возбуждается при дрейфово-зеркальной (ДЗ) неустойчивости, когда порог = A 1 0 (Hasegawa).

Частота колебаний определяется не размерами МАР, а локальными свойствами плазмы.

Низкочастотные колебания Рс5 диапазона являются неотъемлемым элементом магнитной бури и тесно связаны с инжекцией энергичных протонов кольцевого тока во внутреннюю магнитосферу.

Анализ свойств буревых Рс5 волн в 5.2-5.3 по данным синхронных измерений электрических и магнитных полей вблизи вершины силовой линии на геостационарном спутнике GEOS-2 и их ионосферной проекции по наблюдениям на наземной радарной установке STARE. По данным STARE буревые Рс5 колебания распространяются в азимутальном направлении с поперечной длиной волны, соответствующей азимутальным волновым числам m = k y ( LRE ) ~ 40-60. Поляризация колебаний и конечные значения параметра (k ) 2 ~ 0.1 указывают на то, что наблюдаемые колебания нельзя интерпретировать как расцепленную альвеновскую или ДЗ моду.

Исследование устойчивости магнитосферной плазмы относительно возбуждения длинноволновых возмущений дало следующую картину. В 5.2 показано, что на резкой внутренней кромке кольцевого тока, когда радиус кривизны геомагнитного поля R велик по сравнению с размером неоднородности a горячей компоненты плазмы, так что (k ) 2 a / R, возможно возбуждение дрейфово анизотропной (ДА) неустойчивости. Специфической особенностью неустойчивости является зацепление сжимаемых альвеновских волн и ДЗ моды в области синхронизации, возникающее при значениях параметра 1.

A Теоретически предсказанная неустойчивость имеет значительно больший инкремент нарастания по сравнению с ранее известными дрейфовыми неустойчивостями альвеновских волн 1/ u n k N VA Анализ Pc5 пульсаций, зарегистрированных на GEOS-2 и STARE, показал хорошее согласие наблюдаемых свойств колебаний с выводами теории. Колебания данного типа представляют собой фундаментальную моду стоячей сжимаемой альвеновской волны (рис.18), раскачиваемой ДА неустойчивостью внутренней кромки кольцевого тока.

Возбуждаемые колебания распространяются в долготном направлении с востока на запад со скоростью ларморовского дрейфа плазмы, ~ первых км/с. Для теоретической интерпретации механизма возбуждения данных колебаний неоднократно делались попытки применить теорию дрейфовых неустойчивостей энергичных протонов кольцевого тока. Однако предшествующие теории не могли объяснить направление распространения волны, ее поляризацию, и поперечный масштаб колебаний.

Отмеченные трудности находят разрешение в рамках предложенной теории ДА неустойчивости.

Вблизи максимума в радиальном распределении частиц кольцевого тока, когда справедливо обратное соотношение (k ) 2 a / R, возбуждается модифицированная кривизной дрейфовая альвеновская неустойчивость (раздел 5.3). В этом случае зацепление между модами обеспечивается кривизной геомагнитного поля и анизотропией плазмы. Модифицированная альвеновская неустойчивость имеет более низкий порог возбуждения по анизотропии энергичной компоненты по сравнению с ДА неустойчивостью. Детальный анализ данных магнитометра и спектрометра частиц геостационарного спутника GEOS-2 показал, что свойства УНЧ колебаний магнитного поля и потоков протонов кольцевого тока в восстановительную фазу магнитных бурь хорошо согласуются с теоретическими предсказаниями.

В том случае, когда инжекция горячей плазмы происходит настолько быстро, что ДА неустойчивости не успевают развиться, возникает условие для возбуждения волн магнитозвукового типа (раздел 5.4).

Характерные особенности плазмы кольцевого тока – конечное давление ~1, анизотропия температур T T, и резкие радиальные градиенты, создают благоприятные условия для развития ДЗ неустойчивости. Прямые спутниковые измерения "глобальных Pc5", названных так из-за своей стабильности и длительности, доходящей до десятков часов, указывают на их малый продольный масштаб локализации в приэкваториальной плоскости магнитосферы таким образом, что k z / VA.

Этот факт заведомо исключает из рассмотрения альвеновские волны, и детально исследованная ранее физика неустойчивостей альвеновских волн, которая получила убедительное экспериментальное подтверждение при наблюдениях других УНЧ колебаний, оказывается неприменимой к интерпретации глобальных Pc5. Выход из создавшейся ситуации найден в 5.4 теорией модифицированной ДЗ неустойчивости, развивающейся при увеличенной кривизне геомагнитного поля и высоких анизотропных плотностях потоков энергичных частиц. Порог возбуждения этой неустойчивости оказался ниже, чем у традиционной ДЗ неустойчивости n Au eff = + O i N R A Прямые спутниковые измерения показывают, что общая геофизическая ситуация в моменты возбуждения глобальных Pc5 волн благоприятствует развитию модифицированной ДЗ неустойчивости.



Возбуждение частицами квазимонохроматических Рс5 колебаний имеет место в фазу восстановления магнитной бури, когда неравновесные распределения горячих протонов медленно релаксируют к термодинамически устойчивому состоянию под действием кинетических дрейфовых неустойчивостей.

В начальную фазу бури интенсивная инжекция энергичных протонов и электронов может сопровождаться нерезонансной генерацией интенсивных иррегулярных возмущений типа (раздел 5.5). Эта генерация создает надтепловой уровень флуктуаций, из которого затем могут развиваться интенсивные гармонические колебания при кинетических неустойчивостях. Проведенный в главе цикл исследований привел к построению полной картины возможных механизмов возбуждения УНЧ колебаний в периоды магнитных бурь, когда резко усиливается интенсивность потоков частиц радиационных поясов Земли. Схематично возможная картина развития дрейфовых неустойчивостей в неоднородной анизотропной плазме показана на рис.19.

Одна из наиболее актуальных идей современной космической геофизики – возможность ускорения энергичных магнитосферных электронов до релятивистских энергий во время магнитных бурь УНЧ волнами. Эти волны, предположительно, играют в бесстолкновительной плазме роль промежуточного агента, передающего энергию от солнечного ветра группе магнитосферных электронов. Поэтому основные параметры УНЧ волн, возбуждаемых при магнитных бурях, представляют исключительную важность для моделирования механизмов ускорения и диффузии электронов в магнитосфере.

Источником крупномасштабных (m~1) Рс5 волн является поток солнечной плазмы, обтекающий фланги магнитосферы. Механизмы же возбуждения и свойства колебаний в номинальном Рс5 диапазоне во время магнитных бурь, вообще говоря, могут быть отличны от Рс5 в магнитоспокойное время.

В 5.5 исследуется общепланетарная структура магнитной активности, высыпаний энергичных частиц и колебаний диапазона Pc5-6/Pi3 (1.7-10 мГц) во время главной фазы бури 15.05.1997 с использованием глобальной сети магнитных и риометрических станций. Для визуализации азимутального распространения возмущений на суб-авроральных широтах разработана техника MLT UT диаграмм. Эти диаграммы показали, что ионосферный западный электроджет во время бури резко усиливается в утреннем секторе, а восточный – в вечернем секторе. Интенсивная УНЧ активность во время бури наблюдается в двух областях: в ранние утренние часы и в вечернем секторе. В утреннем секторе усиление западной электроструи и УНЧ колебаний сопровождается усилением электронных высыпаний. Первая область возбуждения колебаний связана с инжекцией энергичных электронов, а вторая – с инжекцией протонов кольцевого тока. В 5.5 показано, что низкочастотные колебания во время главной фазы магнитной бури отличаются по своим физическим свойствам от обычных Pc волн. Предложен новый механизм возбуждения иррегулярных низкочастотных колебаний, обусловленный нерезонансным возбуждением дрейфующими энергичными частицами, а не потоком солнечного ветра. По результатам кросс-спектрального анализа поперечной структуры интенсивных широкополосных УНЧ волн по данным сети IMAGE, их азимутальный масштаб в вечернем секторе магнитосферы ~500 км, что примерно на порядок меньше, чем требуется для выполнения условия резонанса с дрейфующими высокоэнергичными электронами. Обнаруженные особенности Рс колебаний во время фазы роста бурь накладывают ограничения на возможность использования моделей дрейфового резонанса и ускорения электронов этими колебаниями.

В 5.6 выдвинуто предположение о возможности нового эффекта взаимодействия между геофизическими средами - радиальная диффузия и ускорение частиц внутреннего радиационного пояса, стимулированные интенсивными акустическими движениями в верхней атмосфере.

Теоретическая модель показывает, что осцилляции магнитосферно-ионосферной токовой системы, вызванными периодическими акустическими движениями, в результате резонансного периодического воздействия на захваченную радиацию на малых высотах приводят к образованию моноэнергетической группы ускоренных электронов. В целом, рассмотренный физический сценарий представляет собой по сути своеобразный "геосинхротрон". Этот теоретический сценарий подтвердился обнаружением воздействия тайфунов на высыпания электронов. В последнее время “геосихротронный” механизм широко используют для интерпретации ускорения Рс5 пульсациями релятивистских электронов – “убийц” спутников во время магнитных бурь. В отличие от возмущений в номинальном Рс5 диапазоне во время главной фазы бури, Рс5 волны на фазе восстановления могут эффективно ускорять энергичные электроны до релятивистских энергий. Этот физический механизм лежит в основе ULF индекса, предложенного в качестве нового параметра космической погоды.

Глава VI. ВОЗМУЩЕНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ИОНОСФЕРЫ АНТРОПОГЕННЫМИ, АТМОСФЕРНЫМИ И ЛИТОСФЕРНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ Детальное знание морфологии и механизмов естественных вариаций геомагнитного поля, описанные в предыдущих главах, позволяют среди кажущегося хаоса возмущений выделить слабые аномальные сигналы, связанные с источниками не-магнитосферной природы, такими как:

- наземные химические и подземные ядерные взрывы, старты ракет;

- метеоявления (ураганы, тайфуны, грозы);

- деформации и трещинообразование земной коры при подготовке землетрясений.

Эти процессы связаны с выделением большого количества энергии и затрагивают все геофизические оболочки (литосферу, атмосферу, ионосферу и магнитосферу) и физические поля Земли. Экспериментальные факты, свидетельствующие о взаимном влиянии между процессами, протекающими в различных 20 геофизических средах, требуют рассмотрения геофизических оболочек как единой системы. В гл.6 дан краткий обзор работ автора по поиску эффектов в геомагнитном поле и ионосферной плазме от источников техногенной, метеорологической и сейсмической природы. Многие из этих работ оказались пионерскими, и в дальнейшем получили широкое развитие.





Многочисленные эксперименты по изучению динамического взаимодействия между атмосферой и ионосферой показали, что ионосфера может служить чувствительным индикатором естественных и антропогенных источников возмущений. При допплеровском радиозондировании ионосферы выявлены импульсные и волновые возмущения, возбуждаемые такими мощными источниками инфразвука, как землетрясения, цунами, ядерные и промышленные взрывы, грозы и ураганы, работа ракетных двигателей. Данные наблюдений хорошо укладываются в простую физическую картину: акустическая волна, распространяющаяся вверх в атмосфере с экспоненциально спадающей плотностью, увеличивает свою относительную амплитуду, и на ионосферных высотах модулирует ионосферную плазму. Поэтому ионосферное зондирование позволяет обнаруживать следы инфразвуковых возмущений, которые в приземном слое практически неразличимы на фоне атмосферных шумов.

Например, взрыв, как когерентный источник акустического возмущения, должен вызвать больший эффект в ионосфере, чем некогерентный источник – землетрясение.

В этих экспериментах ионосферная плазма по существу играла роль пассивного экрана. В 6. приводятся свидетельства существенной роли активного взаимодействия нейтральной и ионизированной компонент в динамике системы атмосфера-ионосфера.

6.1. Взрывы, метеоявления и запуски ракет В этом разделе кратко описаны новые механизмы возможного воздействия взрывов на ионосферу и геомагнитное поле и результаты поиска предполагаемых эффектов.

Акустическая волна взрыва, достигающая ионосферных высот, индуцирует горизонтальные токи в проводящем Е-слое ионосферы. Система ионосферных токов оказывается незамкнутой и порождает продольные токи вдоль силовых линий геомагнитного поля на фронте акустического импульса.

Теоретические оценки указывают на возможность высокой эффективности трансформации акустической волны в альвеновские возмущения, уходящие в магнитосферу вдоль геомагнитных силовых линий. На качественном уровне, можно представлять себе, что достигающие Е-слоя акустические возмущения приводят к генерации струй продольного тока на фронте ударной волны.

Магнитный эффект такой локальной токовой системы, индуцированной акустическим воздействием, может быть значительным в магнитосфере, и с трудом различим на поверхности Земли. Предложенная модель позволяет объяснить появление магнитных импульсов на низкоорбитальном спутнике после наземных взрывов.

Акустическая волна взрыва, порождающая интенсивный импульс продольного тока, стимулирует генерацию в результате плазменной неустойчивости высокочастотной турбулентности в верхней ионосфере. Наиболее низким порогом обладает электростатическая ионно-циклотронная неустойчивость, приводящая к возбуждению колебаний с поперечными масштабами ~. На ионосферном спутнике эти мелкомасштабные колебания будут зарегистрированы в виде всплеска электростатических шумов на частотах ~200 Гц. Хотя пятно электростатических шумов будет медленно расплываться и ослабевать из-за амбиполярной диффузии, его время жизни оказывается больше, чем у альвеновского импульса. Рассмотренный сценарий подтвердился при наблюдениях ионосферных эффектов от подземных ядерных взрывов на спутнике DE-2.

Возмущение верхней стенки волновода Земля–нижняя ионосфера акустической волной взрыва приводит к утечке вверх в магнитосферу электромагнитных шумов волновода. Утечка наиболее интенсивных из них – на частоте шумановского резонанса ~8 Гц – может привести к усилению электромагнитных излучений этого диапазона на спутниковых высотах. Такие эффекты действительно зарегистрированы на спутнике OGO-6 над местами взрывов.

Продукты сгорания от факела ракетного двигателя в нижних слоях ионосферы подобно снежному плугу сгребают плазму и генерируют интенсивные токи, а следовательно - и широкополосные гидромагнитные шумы. Часть этих шумов, с частотами более 1 Гц, захватывается в ионосферный магнитозвуковой волновод и распространяется на значительные расстояния от места старта. Такие возмущения наблюдались на сети индукционных магнитометров в Финляндии после запусков стратегических ракет на полигоне Плесецк.

6.2. Землетрясения Сейсмоэлектромагнитные явления служат чувствительным индикатором процессов разрушения в литосфере и могут эффективно использоваться для разработки дополнительных несейсмических методов прогноза землетрясений [Гохберг, Гуфельд, Соболев, Молчанов, Сурков]. Частотно-зависимое ослабление электромагнитных возмущений в проводящей земной коре обусловливает два возможных диапазона наблюдений:

- ОНЧ излучения с частотами от сотен Гц до первых МГц, источники которого могут находиться в поверхностных слоях коры и, по-видимому, связаны с микрорастрескиванием породы;

- УНЧ возмущения с характерными частотами от млГц до Гц, источники которых возможно находятся в области очага готовящегося землетрясения В обоих частотных диапазонах были получены обнадеживающие результаты, указывающие на появление аномальных шумов и импульсов за часы–дни до отдельных сейсмических событий. Хотя эти излучения представляется весьма перспективными для разработки систем оперативного электромагнитного прогноза землетрясений, они еще недостаточно изучены и не имеют надежного физического обоснования. Предполагалось, что аномальные УНЧ шумы могут быть вызваны э/м излучением раскрывающихся трещин на заключительной стадии разрушения земной коры, индукционным эффектом акустического излучения трещин, или образованием крупномасштабной системы механо-электрических преобразователей вдоль будущего разлома. Нами предложена модель “эллипсоидального включения“, которая позволяет корректно обосновать гипотезу о том, что аномальные УНЧ шумы обусловлены нестационарным флуктуирующим течением поровой жидкости сквозь растрескивающуюся породу.

Зона подготовки сильного землетрясения может иметь характерные размеры порядка сотен и тысяч километров. Крупномасштабный характер возможных аномалий может помочь их обнаружению дистанционными наблюдениями за состоянием ионосферы Земли. По существу, ионосферу можно представлять как пленку легко-подвижной плазмы на удалении ~100 км от земной поверхности, чутко реагирующую на крупномасштабные приземные возмущения даже небольшой амплитуды. При этом мелкомасштабные и нескоррелированные флуктуации быстро ослабевают с высотой.

Непосредственным агентом переноса возмущений на ионосферные высоты могут быть квазистационарные электрические поля и акусто-гравитационные волны (АГВ). Характерная особенность АГВ – нарастание их амплитуды по мере распространения вверх в атмосферу с экспоненциально падающей плотностью. Кроме того, ионосферная плазма обладает собственной свободной энергией, поэтому даже сравнительно слабое внешнее воздействие может стимулировать каскад плазменных и электромагнитных процессов. Образующиеся при этом плазменные неоднородности и электромагнитные шумы могут быть зафиксированы низколетящими спутниками и наземными установками зондирования ионосферы.

В ходе работ по поиску сейсмо-ионосферных связей по данным индукционного магнитометра ионосферного спутника OGO-6, из пролетов в магнитоспокойное время в ночные часы над эпицентрами поверхностных землетрясений с М5.5, в половине случаев за несколько часов до толчка наблюдался всплеск электромагнитных шумов с частотами ~0.2-1 кГц.

Анализ данных наблюдений свечения ночного неба на обс. Абастумани привел к обнаружению ранее неизвестного природного явления – усиление свечения (до 30%) нижней ионосферы (зеленая кислородная эмиссия 5577 Ао) за несколько часов перед близким землетрясением. Статистический анализ данных непрерывных наблюдений в периоды 180 местных слабых землетрясений подтвердил эффект усиления 5577Ао эмиссии - в среднем на (6±1)% за несколько часов до сейсмического толчка.

Для интерпретации этого явления был предложен новый механизм литосферно-ионосферных связей:

«сейсмический Тримпи-эффект» - резонансное рассеяние по питч-углам и высыпание в ионосферу энергичных электронов из магнитосферы под действием сравнительно слабого сейсмического ОНЧ излучения.

Последующие исследования неоднократно подтверждали существование сейсмо-ионосферных связей, обнаруженных в наших ранних работах. Сейсмо-ионосферные эффекты представляют собой один из примеров геофизических явлений, названных нами «террогенные эффекты в ионосфере», под которыми понимаются такие физические ситуации, когда ионосфера оказывается небезразличной к процессам вблизи земной поверхности и к свойствам земной коры.

Основные результаты работы 1. Дано обоснование основных принципов теории альвеновского резонанса для двумерно неоднородных плазменных конфигураций. Построены численные модели магнитосферно ионосферного альвеновского резонатора, прохождения резонансной волновой структуры через ионосферу к земной поверхности, и пространственной многокомпонентной структуры поля УНЧ колебаний над многослойной земной корой. Моделирование выявило искажение наземной пространственной структуры УНЧ волн, связанное с конверсией части энергии падающих альвеновских колебаний в ионосферную поверхностную волну.

2. Разработаны и апробированы новые методы наземного мониторинга плотности магнитосферной плазмы (модификация градиентного метода, поляризационные методы метод годографа), основанные на теории резонансной трансформации МГД колебаний. Разработанные методы “гидромагнитной спектроскопии” позволяют восстановить характер распределения магнитосферной плазмы как в радиальном направлении, так и вдоль силовой линии.

3. Выявлены специфические особенности низкоширотных пульсаций Pc3: аномальная зависимость резонансного периода от широты и резкое усиление диссипации по мере приближения к экваториальным широтам. Разработанная численная модель ионосферно-магнитосферного резонатора показывает, что обнаруженные эффекты вызваны “нагружением” силовых линий ионосферными ионами на низких широтах.

4. Теоретически рассчитано распространение вдоль Е-слоя ионосферы c малым наклонением геомагнитного поля гиротропной поверхностной волны, возбуждаемой вариациями экваториального электроджета.. Характерный масштаб затухания гиротропной волны намного превышает ионосферную скин-длину, а кажущаяся скорость распространения определяется интегральной каулинговской проводимостью приэкваториальной ионосферы.

5. Предсказано существование нового волнового явления в магнитосфере Земли: МГД волновода и резонатора в области высокоширотного каспа. Построена аналитическая модель, описывающая трансформацию волновой энергии волновода в убегающие альвеновские волны в 2-мерно неоднородной системе без отражающих торцов. Трансформация имеет резонансный по частоте характер, что может обеспечить формирование узкополосного спектра Рс3 пульсаций в области каспа из широкополосных шумов переходной области.

6. Обнаружены и детально исследованы долгопериодные геомагнитные возмущения PDPY6 в дневной высокоширотной ионосфере. Показано, что PDPY6 пульсации являются ионосферным откликом в области каспа на квазипериодические альвеновские структуры солнечного ветра при южной ориентации ММП. Построена численная модель расширяющегося к полюсу азимутального ионосферного холловского тока, возбуждаемого нестационарными продольными токами с запаздыванием. Построенная модель хорошо объясняет наблюдаемую амплитудно-фазовую структуру наземного поля PDPY6 колебаний.

7. Теоретически оценена эффективность утечки волновой энергии из неоднородного МГД волновода за счет трансформации захваченных магнитозвуковых волноводных мод в убегающие альвеновские волны поверхностного типа на резком скачке параметров волновода. Коэффициент трансформации имеет резкую частотную зависимость, что обеспечивает фильтрацию вытекающих возмущений по частоте. Согласно разработанному сценарию ранее неизвестного волнового канала связи между хвостом магнитосферы и высокоширотной ионосферой, возмущения из дальнего хвоста сначала распространяются к Земле в плазменном слое, а затем частично трансформируются на внутренней кромке плазменного слоя в альвеновские волны, уносящие энергию возмущений к ионосфере.

8. Предложен механизм генерации излучений герцового диапазона, сопровождающих интенсивные локализованные геомагнитные возмущения. Показано, что плотности продольных токов, создающих эти возмущения, достаточны для возникновения аномального сопротивления в верхней ионосфере.

Протекание тока через плазму с ионно-звуковой турбулентностью оказывается нестационарным и происходит в режиме включения/выключения аномального сопротивления. Предложенный механизм объясняет связь между такими различными геофизическими явлениями, как магнитные импульсы, всплески высыпания электронов и авроральной светимости, и усиление интенсивности геомагнитных шумов.

9. Построена модель взаимодействия альвеновских волн с областью ускорения авроральных частиц.

Расчеты показали, что отражение и прохождение магнитосферных волн критически зависит от их поперечного масштаба. Характерным параметром модели является диссипативная альвеновская длина А. Теоретически предсказан новый механизм затухания Рс5 волн в авроральной области, обусловленный наличием продольного падения потенциала вдоль силовых линий, который может доминировать над ионосферным затуханием и дисперсионными эффектами. Показано, что магнитосферные альвеновские волны, проникающие вглубь области аврорального ускорения, могут вызывать осцилляторные вариации продольного падения потенциала, что служит новым механизмом модуляции авроральных электронов. Предсказано существование нового резонатора в верхней ионосфере в области аврорального ускорения частиц, способного удерживать мелкомасштабные альвеновские волны и структуры в частотном диапазоне порядка 0.2 Гц. С помощью построенной теоретической модели, описывающей взаимодействие альвеновских волн с комбинированной системой магнитосфера - авроральная ионосфера в криволинейном магнитном поле, показано, что альвеновские волны с поперечным масштабом ~ А могут вносить существенный вклад в энергетический баланс авроральной области, и тем самым приводить к уярчению полярных сияний.

10. Теоретически предсказаны новые кинетические неустойчивости УНЧ колебаний в неоднородной анизотропной плазме конечного давления: дрейфово-анизотропная;

модифицированная дрейфово анизотропная, и модифицированная дрейфово-зеркальная, развивающиеся в разных областях кольцевого тока. Детальный анализ данных магнитометра и спектрометра частиц геостационарного спутника GEOS-2 и наземной радарной установки STARE показал, что свойства регистрируемых во время магнитных бурь Pc5 колебаний хорошо согласуются с развитыми теоретическими представлениями.

11. С помощью новой техники MLT-UT диаграмм показано наличие двух областей интенсификации длиннопериодных геомагнитных Pi3 пульсаций во время основной фазы магнитной бури: в ранние утренние часы и в вечернем секторе, связанных с инжекцией энергичных частиц. В утреннем секторе буревые Pi3 пульсации сопровождаются квазипериодической модуляцией инжектированных электронов. Предположено, что геомагнитные возмущения в обеих областях генерируются нерезонансным образом интенсивными нестационарными поперечными токами энергичных частиц.

Измерения локальной пространственной структуры Pi3 колебаний в главную фазу бури показали, что эти колебания мелкомасштабны в азимутальном направлении и не могут ускорять электроны до релятивистских энергий за счет магнито-дрейфового резонанса.

12. Выделены специфические возмущения геомагнитного поля и ионосферы, вызванные подземными ядерными и поверхностными химическими взрывами, запусками ракет, атмосферной и сейсмической активностью, и предложены их физические механизмы.

Основные публикации по теме диссертации Aмата Э., Пилипенко В.A., Похотелов O.A., Tроицкая В.A., Щепетнов Р.В., Psc-5 пульсации на геостационарной орбите – Геомагн. аэрономия, 1986, 26, N2, 283-287.

Анисимов С.В., Курнева Н.А., Пилипенко В.А. Вклад электрической моды в поле геомагнитных Рс3-4 пульсаций, Геомагн. аэрономия, 1993, 33, N3, 35-41.

Бест А., Крылов С.М., Курчашов Ю.П., Пилипенко В.А., Градиентно-временной анализ Рс3 пульсаций, Геомагн.

аэрономия, 26, N6, 980-984, 1986.

Голиков Ю.В., Д'Коста А., Пилипенко В.А., Геомагнитные пульсации, возбуждаемые при сильных землетрясениях, Геомагн. аэрономия, 1985, 25, N5, 824-828.

Гохберг М.Б., Пилипенко В.А., Похотелов О.А., Возбуждение низкочастотных МГД волн в магнитосферной плазме, в сб.: "Структура электромагнитного поля геомагнитных пульсаций", М., Наука, 48-61, 1980.

Гохберг М.Б., Пилипенко В.А., Похотелов О.А., Наблюдение со спутника электромагнитного излучения над эпицентральной областью готовящегося землетрясения, ДАН СССР, 268, N1, 1982.

Гохберг М.Б., Пилипенко В.А., Похотелов О.А., О сейсмических предвестниках в ионосфере, Изв. АН СССР (Физика Земли), N10, 17-21, 1983.

Гохберг М.Б., Гуфельд И.Л., Гершензон Н.И., Пилипенко В.А., Эффекты электромагнитной природы при разрушении земной коры, Изв. АН СССР (Физика Земли), N1, 72-87, 1985.

Гохберг, М.Б., В.А. Пилипенко, О.А. Похотелов, Е.Н. Федоров, Всплески электромагнитных КНЧ шумов в верхней ионосфере, стимулированные наземными взрывами, Геомагн. аэрономия, 36, N4, 61-67, 1996.

Гохберг М.Б., Пилипенко В.А., Похотелов О.А., и др., Акустическое возмущение от подземного ядерного взрыва как источник электростатической турбулентности в магнитосфере, ДАН СССР, 313, N3, 568-574, 1990.

Грин А.У., Вортингтон Е.У., Пилипенко В.А., и др., Влияние магнитосферного альвеновского резонанса на спектр пакетов пульсаций Рс3-4 на средних широтах, Геомагн. аэрономия, 31, N4, 619-624, 1991.

Гошджанов М.Б., Муханов М.Б., Пилипенко В.А. Импульсные возмущения ионосферы, вызванные грозовой и сейсмической активностью, Геомагн. и аэрономия, 31, N6, 1064-1069, 1991.

Курчашов Ю.П., Пилипенко В.А. Геометрический метод анализа градиентных наблюдений геомагнитных пульсаций, Геомагн. аэрономия, 36, N4, 53-60, 1996.

Мазур Н.Г., Федоров Е.Н., Пилипенко В.А., Излучение альвеновских волн из неоднородного МГД волновода, Физика плазмы, 27, N9, 773-784, 2003.

Мазур Н.Г., Федоров Е.Н., Пилипенко В.А., О возможности отражения альфвеновских волн в криволинейном магнитном поле, Физика плазмы, 30, N5, 450-458, 2004.

Пилипенко В.А., Похотелов О.А., Фейгин Ф.З. Влияние баунс-резонансов на возбуждение альвеновских волн вне плазмосферы, Геомагн. аэрономия, 17, N5, 894-899, 1977.

Пилипенко В.А., Похотелов О.А., Гидромагнитные колебания магнитозвукового типа в околоземной космической плазме, в сб.: "Естественное электромагнитное поле Земли", М., Наука, 30-37, 1977.

Пилипенко В.А., Похотелов О.А., Дрейфово-зеркальная неустойчивость в кривом магнитном поле, Геомагн.

аэрономия, 17, N1, 161-163, 1977.

Пилипенко В.А., Повзнер Т.А., Савин И.В., Никомаров Я.С. Локальная пространственная структура поля геомагнитных пульсаций на средних широтах, Изв. АН СССР (Физика Земли), N10, 54-61, 1988.

Пилипенко В.А., Федоров Е.Н. Модуляция полного электронного содержания ионосферы геомагнитными пульсациями, Геомагн. аэрономия, 34, N4, 103-109, 1994.

Пилипенко В.А., Н.Г. Клейменова, О.В. Козырева, К. Юмото, Ж. Биттерли, Является ли касп источником среднеширотных Рс3 пульсаций? Геомагн. аэрономия, 36, N2, 39-48, 1996.

Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., Ягова Н.В., Соловьев С.И., Вершинин Е.В. Юмото К., Вариации спектрального состава Рс3-4 пульсаций вдоль геомагнитного меридиана 210, Геомагн. аэрономия, 37, N1, 80-88, 1997.

Пилипенко В.А., Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Юмото, К. Биттерли Ж. Долготные особенности геомагнитных пульсаций диапазона Рс5 в утреннем и вечернем секторах, Геомагн. аэрономия, 37, N3, 64-, 1997.

Пилипенко В.А., Диффузия частиц внутреннего радиационного пояса, вызванная атмосферными возмущениями, в сб.: «Взаимодействие в системе литосфера-гидросфера-атмосфера», т.2., М., 205-215, 1999.

Пилипенко В.А., Романова Н.В., Чиженков В.А., Влияние космической погоды на спутниковые системы, Вестник РАЕН, вып.14, 93-104, 2006.

Похотелов О.А., Пилипенко В.А., К теории дрейфово-зеркальной неустойчивости магнитосферной плазмы, Геомагн. аэрономия, 16, N3, 504-510, 1976.

Похотелов О.А., Незлина Ю.М., Пилипенко В.А. Дрейфово-анизотропная неустойчивость кольцевого тока, ДАН СССР, 289, N2, 332-335, 1986.

Сурков В.В., Федоров Е.Н., Пилипенко В.А., Рао Д.Р.К., Ионосферное распространение геомагнитных возмущений от экваториального электроджета, Геомагн. аэрономия, 37, N2, 61-70, 1997.

Федоров Е.Н., Пилипенко В.А., Курнева Н.А., Баранский Л.Н., МТЗ и гидромагнитная диагностика магнитосферы, Исслед. по геомагн., аэрономии и физике Солнца, 98, 49-79, 1992.

Федоров Е.Н., Мазур Н.Г., Пилипенко В.А., К теории альвеновского резонанса в двумерно-неоднородной плазме, Физика плазмы, 21, N4, 333-338, 1995.

Федоров Е.Н., Мазур Н.Г., Пилипенко В.А., Лепиди С., О механизме формирования Рс3 пульсаций на широтах дневного каспа, Геомагн. аэрономия, 38, N2, 60-66,1998.

Чугунова О.М., Пилипенко В.А., Энгебретсон М., Появление квазимонохроматических Рс3-4 пульсаций в полярной шапке, Геомагн. аэрономия, 44, N2, 1-8, 2004.

Чугунова О.М., Пилипенко В.А., Энгебретсон М., Статистические характеристики пространственных распределений Рс3-4 пульсаций на высоких широтах в Антарктике, Геомагн. аэрономия, 46, N1, 68-77, 2006.

Шалимов С.Л., Пилипенко В.А., Тонкая волновая структура магнитных импульсов в дневном секторе аврорального овала, Геомагн. аэрономия, 39, 422-427, 1999.

Юмото К., Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., Курнева Н.А., Хабазин Ю.Г. Механизмы затухания геомагнитных пульсаций на низких широтах, Геомагн. аэрономия, 33, N5, 34-42, 1993.

Ягова Н.В., Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., Влияние ионосферной проводимости на параметры среднеширотных Pc3-4 пульсаций, Геомагн. аэрономия, 38, N2, 67-73, 1998.

Alperovich L.S., Fedorov E.N., Volgin A.V., Pilipenko V.A., Pokhil'ko S.N. Doppler sounding as tool for the study of MHD wave structure in the ionosphere, J. Atmosph. Terr. Phys., 53, N6/7, 581-586, 1991.

Baransky L.N., Green A.W., Fedorov E.N., Kurneva N.A., Pilipenko V.A., Worthington W., Gradient and polarization methods of ground-based monitoring of magnetospheric plasma, J. Geomag. Geoelectr., 47, 1293-1309, 1995.

Fedorov E.N., Mazur N.G., Pilipenko V.A., Yumoto K., On the theory of field line resonances in plasma configurations, Physics of Plasmas, 2(2), 527-532, 1995.

Fedorov E., Mazur N., Pilipenko V., Yumoto K., MHD wave conversion in plasma waveguides, J. Geophys. Res., 103, NoA11, 26595-26605, 1998.

Fedorov E., Pilipenko V., Surkov V., Rao D.R.K., Yumoto K., Ionospheric propagation of magnetohydrodynamic disturbances from the equatorial electrojet, J. Geophys. Res., 104, NA3, 4329-4336, 1999.

Fedorov E., Pilipenko V., Engebretson M.J., ULF wave damping in the auroral acceleration region, J. Geophys. Res., 106, 6203-6212, 2001.

Fedorov E., Pilipenko V., Uyeda S., Electric and magnetic fields generated by electrokinetic processes in a conductive crust, Physics and Chemistry of the Earth, (C) 26, N10-12, 793-799, 2001.

Fedorov E., Pilipenko V., Engebretson M.J., Rosenberg T.J., Alfven wave modulation of the auroral acceleration region, Earth, Planets, and Space, 56, N7, 649-661, 2004.

Feygin F.Z., Kalisher A.L., Pilipenko V.A., O.A. Pokhotelov, Dobes K., On the theory of the generation of auroral radiation, Planet. Space Sci., 27, N11, 913-923, 1979.

Fishkova L.M., Gokhberg M.B., Pilipenko V.A., Relationship between night airglow and seismic activity, Annales Geophysicae, 1985, 3, N6, 689-694.

Gokhberg, M.B., V.A. Troitskaya, V.A. Pilipenko, O.A. Pokhotelov, On the problems of the interaction between Pc1/Pi and Pc4-5 hydromagnetic waves, J. Geophys. Res., 86, N2A, 833-836, 1981.

Green A.W., Worthington E.W., Baransky L.N., Fedorov E.N., Kurneva N.A., Pilipenko V.A., et al., Alfven field line resonances at low latitudes (L=1.5), J. Geophys. Res., 98, N9, 15693-15699, 1993.

Kawano H., Yumoto K., Pilipenko V.A., et al., Restoration of continuous field line eigenfrequency distribution from ground-based ULF observations, J. Geophys. Res., 107, N8, SMP25, 2002.

Kurchashov, Yu.P., Nikomarov Ya.S., Pilipenko V.A., Best A. Field-line resonance effects in a local meridional structure of mid-latitude geomagnetic pulsations, Annales Geophysicae, 5A, N3, 147-154, 1987.

Martines-Bedenko V.A., V.A. Pilipenko, et al., Correspondence between ULF activity, field-aligned currents, and DMSP based dayside magnetospheric domains, Geomagn. Aeronomy International, 4, N2, 141-151, 2003.

Pilipenko V.A., Buchner J., Kirchner T. About MHD heating of plasmaspheric and ionospheric plasmas, Gerlands Beitr.

Geophysik, Bd.95, Hf.2, 167-176, 1986.

Pilipenko V.A., ULF waves on the ground and in space, J. Atmospheric Terrestrial Physics, 52, N12, 1193-1209, 1990.

Pilipenko V.A., Fedorov E.N. Magnetotelluric sounding of the crust and hydromagnetic monitoring of the magnetosphere with the use of ULF waves, Annali di Geofisica, 36, N5-6, 19-33, 1993.

Pilipenko V.A., Fedorov E.N., Magnetotelluric sounding of the crust and hydromagnetic monitoring of the magnetosphere with the use of ULF waves, in: "Solar wind sources of magnetospheric ULF waves", Geophysical Monograph, v.81, 436 p., AGU, 283-292, 1994.

Pilipenko V., Vellante M., Anisimov S., De Lauretis M., Fedorov E., Villante U., Multi-component ground-based observation of ULF waves: goals and methods, Annali di Geofisica, 41, N1, 63-77, 1998.

Pilipenko V., O. Kozyreva, M. Engebretson, et al., Coupling between substorms and ULF disturbances in the dayside cusp, in: “Substorms-4”, Terra Scientific Publishing Company/Kluwer Academic Publishers, 573-576, 1998.

Pilipenko V.A., K. Yumoto, E. Fedorov, N. Kurneva, F. Menk, Field line Alfven oscillations at low latitudes, Mem. Fac.

Sci. Kyushu Univ., ser. D, Earth Planet. Sci., XXX, N1, 23-43, 1998.

Pilipenko V., Shalimov S., Fedorov E., Engebretson M., Hughes W., Coupling between field-aligned current impulses and Pi1 noise bursts, J. Geophys. Res., 104, NA8, 17419-17430, 1999.

Pilipenko V., Fedorov E., Mazur N., Engebretson M., Hughes W., MHD waveguide/resonator for Pc3 ULF pulsations at cusp latitudes, Earth, Planets and Space Science, 51, 441-448, 1999.

Pilipenko V., Yumoto K., Fedorov E., Yagova N., Hydromagnetic spectroscopy of the magnetosphere with Pc geomagnetic pulsations at 210 meridian, Annales Geophysicae, 17, 53-65, 1999.

Pilipenko V.A., Fedorov E.N., Yagova N.V., Yumoto K., Attempt to detect ULF activity preceding earthquakes, in:

"Atmospheric and Ionospheric Phenomena Associated with Earthquakes", 203-214, TERRAPUB, Tokyo, 1999.

Pilipenko V.A., Fedorov E.N., Engebretson M.J., Papitashvili V.O., Watermann J., Poleward progressing quasi-periodic disturbances at cusp latitudes: The role of wave processes, J. Geophys. Res., 105, N12, 27569-27588, 2000.

Pilipenko V., Vellante M., Fedorov E., Distortion of the ULF wave spatial structure upon transmission through the ionosphere, J. Geophys. Res., 105, NA9, 21225-21236, 2000.

Pilipenko V.A., Kurchashov Yu.P., A hodograph method of analysis for geomagnetic pulsation observations, International J. Geomagn. Aeronomy, 2, N2, 87-92, 2000.

Pilipenko V., Shalimov S., Uyeda S., H. Tanaka, Possible mechanism to clarify the Kushida method of the ionospheric earthquake prediction, Proceedings of the Japan Academy, 77, ser.B, N7, 125-130, 2001.

Pilipenko V., J. Watermann, V. Popov, V. Papitashvili, Relationship between auroral electrojet and Pc5 ULF waves, J.

Atmosph. Solar –Terrestrial Physics, 63, 1545-1557, 2001.

Pilipenko V., Kleimenova N., Kozyreva O., Engebretson M., Rasmussen O., Global ULF wave activity during the May 15, 1997 magnetic storm, J. Atmosph. Solar–Terrestrial Physics, 63, N5, 489-501, 2001.

Pilipenko V., Engebretson M., Ground images at high latitudes of ULF wave processes in the outer magnetosphere, J.

Atmosph. Solar–Terrestrial Physics, 64, 183-201, 2002.

Pilipenko V.A., Martines-Bedenko V.A., Engebretson M.J., et al., High-latitude mapping of ULF activity, field-aligned currents, and DMSP-based dayside magnetospheric domains at high latitudes, AGU Monograph 133 “The LLBL and its dynamic interaction with the solar wind and magnetosphere”, 231-240, 2002.

Pilipenko V.A., Yagova N.V., Chugunova O.M., et al., ULF waves at very high latitudes, Proc. of the Conf. in memory Yu.

Galperin 3-7 Feb., 2003 “Auroral phenomena and solar-terrestrial relations”, Moscow, SCOSTEP, 169-176, 2004.

Pilipenko V., Mazur N., Fedorov E., Uozumi T., Yumoto K., Excitation of Alfven impulse by the anomalous resistance onset on the auroral field lines, Annales Geophysicae, 23, N4, 1455-1465, 2005.

Pilipenko V.A., Kozyreva O.V., Engebretson M.J., et al., Dynamics of long-period magnetic activity and energetic particle precipitation during May 15, 1997 storm, J. Atmosph. Solar–Terr. Phys., 64, 831-843, 2002.

Pilipenko V., Fedorov E., Engebretson M.J., Yumoto K., Energy budget of Alfven wave interactions with the auroral acceleration region, J. Geophys. Res., 109, A10204, doi:10.1029/2004JA010440, 2004.

Pilipenko V., Mazur N., Fedorov E., Engebretson M.J., Murr D.L., Alfven wave reflection in a curvilinear magnetic field and formation of Alfvenic resonators on open field lines, J. Geophys. Res., 110, A10S05, 2005.

Pilipenko V., Fedorov E., Mursula K., Pikkarainen T., Generation of magnetic noise bursts during distant rocket launches, Geophysica, 41(1-2), 57-72, 2005.

Pokhotelov O.A., Pilipenko V.A., Amata E. Drift-anisotropy instability of a finite-beta magnetospheric plasma, Planetary Space Sci., 33, N11, 1229-1241, 1985.

Pokhotelov O.A., Pilipenko V.A., Nezlina Yu.M., Woch J., Kremser G., Korth A., Amata E., Excitation of high-beta plasma instabilities at the geostationary orbit: Theory and observations, Planetary Space Sci., 34, N8, 695-712, 1986.

Pokhotelov O.A., Pilipenko V.A., Fedorov E.N., Stenflo L., Shukla P.K., Induced electromagnetic turbulence in the ionosphere and the magnetosphere, Physica Scripta, 50, 600-605, 1994.

Pokhotelov O.A., Parrot M., Pilipenko V.A., et al., Response of the ionosphere to natural and man-made acoustic sources, Annales Geophysicae, 13, 10197-10210, 1995.

Pokhotelov O.A., Pilipenko V.A., Parrot M., Strong atmospheric disturbances as a possible origin of inner zone particle diffusion, Annales Geophysicae, 17, 526-532, 1999.

Popov L.N., Krakovezkiy Yu.K., Gokhberg M.B., Pilipenko V.A., Terrogenic effects in the ionosphere: a review, Physics of the Earth and Planet. Inter., 1989, 57, 115-128.

Surkov V., Pilipenko V., The physics of pre-seismic electromagnetic ULF signals, in "Atmospheric and Ionospheric Electromagnetic Phenomena Associated with Earthquakes", ed. M. Hayakawa, 357-370, TERRAPUB, Tokyo, 1999.

Surkov V.V., Pilipenko V.A., Magnetic effects due to earthquakes and underground explosions: a review, Annali di Geofisica, XL, N2, 1-13, 1997.

Vellante M., De Lauretis M., Frster M., Lepidi S., Zieger B., Villante U., Pilipenko V.A., Zolesi B., Geomagnetic field line resonances at low latitudes: Pulsation event study of 16 August 1993, J. Geophys. Res.,107, N5, SMP 6 1-18, 2002.

Woch J., Kremser G., Korth A., Pokhotelov O.A., Pilipenko V.A., Nezlina Yu.M., and Amata E. Curvature-driven drift mirror instability in the magnetosphere, Planet. Space Sci., 36, N4, 383-393, 1988.

Yagova N., V. Pilipenko, A. Rodger, V. Papitashvili, J. Watermann, Long period ULF activity at the polar cap preceding substorm, in: Proc. 5th International Conference on Substorms, St. Peterburg, Russia (ESA SP-443), 603-606, 2000.

Yagova N., V. Pilipenko, E. Fedorov, M. Vellante, K. Yumoto, Influence of ionospheric conductivity on mid-latitude Pc3- pulsations, Earth, Planets and Space, 51, N2, 129-138, 1999.

Yagova N., Lanzerotti L., Villante U., Pilipenko V., et al., Magnetic activity in the ULF Pc5-6 band at very high latitudes in Antarctica, J. Geophys. Res., 107, N8, 1195, doi:10.1029/2001JA900143, 2002.

Yagova N.V., Pilipenko V.A., Lanzerotti L.J., et al., Two-dimensional structure of long-period pulsations at polar latitudes in Antarctica, J. Geophys. Res., 109, A03222, doi:10.1029/2003JA010166, 2004.

Yumoto K., Pilipenko V., Fedorov E., Kurneva N., De Lauretis M., Magnetospheric ULF wave phenomena stimulated by SSC, J. Geomag. Geoelectr., 49, 1179-1195, 1997.

Yumoto K., V. Pilipenko, E. Fedorov, N. Kurneva, K. Shiokawa, The mechanisms of damping of geomagnetic pulsations, J. Geomag. Geoelectr., 47, N2, 163-176, 1995.



Pages:     | 1 ||
 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.