Изменение энергии и интенсивности AMI в начале процесса ускорения

1. Одновременные наблюдения на ИСЗ Интербол-1 прихода токового слоя в солнечном ветре к околоземной ударной волне, образования аномалии горячего теченияи генерации пучка почти моноэнергетических ионов Луценко В.Н., Гаврилова Е.А.ИКИ РАН Проанализированы несколько случаев наблюдения на ИСЗ Интербол-1 одновременного прихода к околоземной ударной волне (BS) токового слоя в солнечном ветре (CS), образования аномалии горячего течения (HFA) и генерации пучка почти моноэнергетических ионов (AMI). Наблюдения подтвердили связь этих явлений и предложенную нами ранее гипотезу о природе и происхождении пучков AMI около BS.

2. На предыдущей конференции (фев. 2009) в нашем докладе обсуждалась следующая модель генерации AMI :Ускорение ионов солнечного ветра происходит в потенциальном электрическом поле, образующемся при разрыве волокна токового слоя BS. Эта модель объясняет все наблюдаемые характеристики AMI(образование узких линий, их число, соотношение между энергиями и интенсивностями линий, отсутствие линий в спектрах электронови т.д.). В частности, она объясняет изменение энергии линий AMI в течение первых 30-40 с вначале события, позволяющее определить ЭДС токовой цепи до разрыва и ЭДС самоиндукции цепи. В первые 10-20 с наблюдается также быстрый рост интенсивности ускоренных ионов на 1-2 порядка, который, как мы покажем ниже, может быть объяснен механизмом разрыва токовой цепи.

3. Изменение энергии и интенсивности AMI в начале процесса ускорения

4. Какова же причина разрыва токового волокна? Вплазменном слое хвостамагнитосферы, где мы также наблюдали AMI, разрывы волокон токового слоя, разделяющего противоположно направленные магнитные поля скорее всего являются спонтанными. Их продолжительность составляет ~20 с после чего проводимость восстанавливается. • В случае BSтоковый слой разделяет магнитные поля одной направленности и необходимо искатьвнешнюю причину разрыва.

5. Возможная причина разрыва токового волокна. Связь AMI с HFA Условия для образования HFA около BS (S. Schwartz и др. (2000 г): а) Приход токового слоя CS в солнечном ветре к BS, б) Перпендикулярность CS к BS в момент образования HFA, в) Электрическое поле Е= -(VxB) направлено к CS по крайней мере с одной стороны от CS. г) Квази-перпендикулярная ориентация магнитного поля (угол qBN близок к 90°) по крайней мере с одной стороны CS (чтобы отражать ионы).

6. Общность условий для образования AMI и HFA около BS: Проведенный нами анализ большого числа AMI-событий показал, что при этом также соблюдаются указанные выше условия. Оценки частоты HFA (~3 /сут), приведенные в работе S. Schwartz и др. (2000 г), не противоречат нашим оценкам частоты AMI-событий (~7 /сут). Анализ ~800 AMI-событий и соответствующих условий в солнечном ветре показал, что: ~ 40% случаев AMI сопровождается сильными, одиночными CS, ~ 40% случаев – слабыми или многочисленными CS, ~ 20% случаев – отсутствием CS, что указывает на возможность и других причин разрыва. Разрыв тока за счет образования HFA объясняет быстрый рост интенсивности ускоренных ионов в начале события, т.к. перекрытие потока солнечного ветра над местом разрыва понижает здесь плотность плазмы, которая восстанавливается лишь через 10-20 с за счет притока плазмы из магнитослоя.

7. Однако указанные выше наблюдения HFA и AMI, выполненные в разное время, в разных условиях, на разных космических аппаратах (КА) должны быть подкреплены прямыми наблюдениями всех трех явлений (CS, HFA и AMI) в одном событии, в точке, близкой к BS, чтобы было возможно обнаружить HFA. Это и является задачей данной работы. Замечание Трудно ожидать, что все три явления будут наблюдаться точно в одно время. AMI распространяются от места ускорения в виде узкого, негиротропного пучка и не всегда могут быть обнаружены космическим аппаратом (КА), даже находящимся близко от этого места. С другой стороны, в зависимости от направления магнитного поля, соединяющего место ускорения с КА, время наблюдения AMI может как опережать, так и отставать от момента наблюдения CS и HFA (до 2-10 мин).

8. Далее будут приведены несколько примеров почти одновременного наблюдения CS, HFA и AMI на КА Интербол-1. • HFA идентифицировались по данным прибора VDP, имевшего 1 сек временное разрешение и использовавшего 4 ионные ловушки: одну (F1),ориентированную по оси вращения КА на Солнце и три (F2, F3, и F5), ориентированных под углами 90° к этой оси с азимутальными интервалами 90°.

9. Наблюдения на спутнике Интербол-1 в солнечном ветре вблизи ОЗУВСобытие 17 июля 1997 г. Интербол-1 находился в это время в солнечном ветре, на расстоянии ~4.3 RE от модельной ударной волны. Мы использовали также результаты измерений магнитного поля и плазмы на КАGeotail и Wind. Спектр AMI

11. Положение CS относительно BS при наблюдении HFA и AMI

12. События 23 апреля 1997 г. AMI-1 • AMI-2 • Во время наблюдения 2-х AMI-событий Интербол-1 • находился в солнечном ветре нарасстоянии не • более 0,4 RE от ударной волны.

14. Положение CS-1 относительно BS при наблюдении AMI-1

15. Положение CS-3 относительно BS при наблюдении HFA-2 и AMI-2 Электрическое поле E= -Vsw x B с обоих сторон CS-3 направлено к нему: Enpre = 2.21; Enpost = -1.36 mV/m

16. AMI-1 Событие 25 августа 1996 г. AMI-2 Interball-1 былв солнечном ветре в 1.96 RE от модельной ударной волны

18. Положение токового слоя CS2 во время наблюдений AMI-1 и HFA-1.Нет перпендикулярности CS2 и BS, нет близкого HFA: возможна иная причина AMI.

19. Положение токового слоя CS3 во время наблюдений AMI-2 и HFA-1.

20. Наблюдения на спутнике Интербол-1 в магнитослое вблизи BS • Событие 5 сентября 1995 г.

22. Изменение параметров плазмы в событии 5.09.1995 • Обратить внимание на изменение параметров • солнечного ветра за 5-10 мин до CS2 на • Wind и Geotail.

23. Положение CS-2 относительно BS при наблюдении HFA и AMI Электрическое поле E= -Vsw x B с обоих сторон CS-2 направлено к нему: Enpre = 2. 39; Enpost = -2.50 mV/m

24. Выводы • 1. Анализ нескольких событий с AMI, наблюдавшихся около BS, как со стороны солнечного ветра, так и со стороны магнитослоя показал, что генерация AMI вызывается появлением HFA, которому предшествуетприход токового слоя CS в солнечном ветре. В момент наблюдения HFA и AMICS перпендикулярен поверхности BS. • 2. Как HFA, так и генерация AMI, происходят около квази-перпендикулярной ударной волны. • 3. Из 6 рассмотренных событий в 2-х электрическое поле, создаваемое солнечным ветром на BS, направленно с обоих сторон к токовому слою CS. В 2-х событиях – только с одной стороны к CS и еще в 2-х –с обоих сторон от CS. • Таким образом проделанный анализ подтверждает роль HFA, как внешнего инициатора разрыва волокон токового слоя BS, и справедливостьнашей модели ускорения AMI.

25. Спасибо за внимание