Токовые слои в «немаксвелловской» бесстолкновительной плазме

1. Токовые слои в «немаксвелловской» бесстолкновительной плазме • Зелёный Л.М. (1), Малова Х.В.(3,1), • Попов В.Ю.(1,2), Артемьев А.В. (1,3), • Петрукович А.А.(1) • ИКИ РАН, • Физический факультет МГУ, • НИИЯФ МГУ ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

2. Немаксвелловские распределения плазмы в хвосте магнитосферы Земли В плазме магнитосферного хвоста наблюдаются ионы с характерными энергиями от 100 эВ – 10 кэВ. Более холодные ионы (~100 эВ - 1кэВ) - происходят из солнечного ветра, более горячие (~10 кэВ) приходят из отдаленной области хвоста в ближнюю к Земле область посредством конвекции [E*B]. Zhou et al., JGR, 2009 ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

3. Тонкий анизотропный токовый слой Толстый изотропный ТС Плазменный слой The observed current sheets are non-Harris ones(Runov et al., Annales Geophysicae, 24, 247–262, 2006) ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

4. Наблюдения двойных масштабов в ТТС Модель ТС Харриса Bx/Bmax Bx/Bmax • Наблюдаемые профили плотности тока: зависимость плотности тока от магнитного поля имеет двойной масштаб • тонкий токовый слой, создающий до 40% магнитного поля • толстый плазменный слой с малой амплитудой тока ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

5. Plasma populations in Earth’s magnetotail Основные источники плазмы: солнечный ветер, ионосфера, магнитосферная конвекция ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

6. Моделикинетических плазменных равновесий Стационарные равновесные решения для потенциалов, полей и функций распределения плазмы в токовом слое магнитосферного хвоста являются решением системы уравнений Власова-Максвелла: ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

7. vy vx Force balance: Isotropic pressure models(Kan, 1973) Z X Anisotropic pressure models (Zelenyi et al., 2000) Z X Баланс поперек слоя как в модели Харриса ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

8. Можно ли объединить два равновесия: «толстое» и «тонкое»?Как эти равновесия самосогласованно влияют друг на друга? Z X ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

9. Задача: построение самосогласованной модели многокомпонентного тонкого токового слояс популяциями частиц плазмы из двух источников: 1) анизотропных потоков частиц, поступающих из мантии и/или ионосферы (k<<1) ; 2) горячей плазмы с изотропным давлением, распределяющейся в плазменном слое благодаря конвекции. X ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

10. 2D модельТС: 1. Ионы (Kan, 1973) ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

11. Z=2i The map of the distribution functionat the edges and in the center of CS Z=0 ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

12. Уравнения двумерной модели: 2. Электроны в полужидкостном Больцмановском приближении E|| = – me=0 где Quasineutrality condition ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

13. 1D Vlasov-Maxwell equations (Lx>>Lz): The distribution function f might be presented as a function of integral motion{v0,Iz} and extendedfor the whole CS due to Liouville theorem ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

14. Зависимость самосогласованных профилей ТС от относительного вклада двух компонент в магнитное поле (полный ток) Baniso/Biso ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

15. Зависимость профилей тока от относительного вклада изотропной плазмы (показано с большим разрешением); Jy(Bx) ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

16. Полный и парциальный профили параметров ТС в присутствиидвух сортов плазмы: потоков неадиабатических частиц и горячей изотропной компоненты Biso/Baniso=1 ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

17. Зависимость решения от характерного масштаба изотропного ТС ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

18. Two transient populations with different temperatures Bn=0.1, vT2/vT1=1 Bn=0.1, vT2/vT1=3 ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

19. Two ion populations with two different temperatures: the transient cold population and the trapped hot one Bn/B0=0.1, vT2/vT1=2, KTrapO=5 Bn/B0=0.1, vT2/vT1=2, KTrapO=7.4 ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

20. Выводы • Построена кинетическая самосогласованная модель токового слоя хвоста магнитосферы, учитывающая две ионные популяции с анизотропным и изотропным распределениями. • В предположении о малости изменения параметров токового слоя от Х-координаты по сравнению изменением вдоль Z-координаты получены самосогласованные решения для редуцированной одномерной модели токового слоя. • Полученные самосогласованные профили магнитного поля и плотности тока имеют многомасштабную вложенную структуру, где в центре токового слоя доминируют неадиабатические ионы, а на периферии – ионы с изотропным распределением. Профиль ТС определяется относительным вкладом каждой из плазменных компонент в полный ток. • Показано, что «тонкий» токовыйслой, поддерживаемый неадиабатическими частицами, расширяется под влиянием «толстого» токового слоя. • Показано, что полученные самосогласованные профили могут быть применены для описания тонких токовых слоев в магнитосфере, вложенных в токовые слои толщиной много больше ларморовского радиуса. ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010

21. Спасибо за внимание! ОФН-15, ИКИ РАН, 8-12 февраля 2010