ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ УНЧ-ВОЛНАМИ И ЧАСТИЦАМИ В МАГНИТОСФЕРЕ: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ (заключительный) Проект РФФИ № 20-55-53009

Объект исследований: магнитосфера. Цель работы: экспериментальное и теоретическое изучение взаимодействия УНЧ волн с высокоэнергичными частицами в магнитосфере Земли. Основные задачи проекта включали: 1. Исследование тонкой структуры распределений электронов, находящихся в дрейфовом резонансе с УНЧ-волнами, и возникающие при этом нелинейные эффекты, с помощью данных высокого разрешения спутниковых миссий MMS и Van Allen Probes. Исследование этих явлений с помощью теорий, принимающих во внимание эволюционные эффекты, проведение численного моделирования. 2. Выделение роли УНЧ волн в ускорении и транспортировке различных фракций ионов кольцевого тока, включая O+, H+ и He+. 3. Исследование влияния УНЧ волн в пространственно-временной динамике различных волн в магнитосфере (включая шипения, хоры и ионно-циклотронные волны) посредством модулирования холодной плазмы и изменения питч-углового распределения энергичных частиц. 4. Выяснение роли в ускорении и транспортировке энергичных частиц различных моды УНЧ осцилляций; усовершенствование теории этих мод. 5. Изучение влияния пространственно-временной структуры различных УНЧ мод на ускорение и перенос высокоэнергичных частиц в магнитосфере. Метод исследования: теоретическое решение волновых уравнений; спектральный анализ данных, полученных с помощью многоспутниковых систем. Результаты работы: Проект включал в себя теоретические и экспериментальные исследования. В области теории была изучена генерация полоидальных альфвеновских волн в диапазоне Pc4 импульсами давления солнечного ветра. Было установлено, что полоидальные альфвеновские волны могут возбуждаться при падении на плазмопаузу быстрой магнитозвуковой волны, возникшей в результате удара по магнитопаузе импульса солнечного ветра. Была рассчитана пространственно-временная структура волнового поля. Показано, что рассчитанная структура соответствует спутниковым наблюдениям. Исследована также пространственная структура кинетических альфвеновских волн вблизи диссипативного слоя в районе плазмопаузы, где происходит изменение характера дисперсии волны. Характерная поперечная длина кинетической альфвеновской волны в диссипативном слое комплексная, что обусловлено сильной её диссипацией при взаимодействии с электронами фоновой плазмы. Предложена аналитическая формула для определения плотности направленного к ионосфере потока электронов и потока, переносимой ими энергии. Кроме того, была изучена структура волн в диапазоне Pc1 в присутствии тяжелых ионов поперек магнитных оболочек. Была показана возможность существования резонатора для этих волн, связанного с различием частот колебаний силовых линий в радиальном и азимутальном направлениях. Экспериментальные исследования были направлены на исследования генерации волн в диапазонах Pc4-5 высокоэнергичными частицами с помощью спутниковых систем. Так, с помощью спутников Van Allen Probes, THEMIS и GOES было показано, что альфвеновские волны Pc4-5 могут возникать за счет энергичных частиц, оставшихся от "старых" суббурь, происходивших в магнитосфере задолго до фиксации волны. При этом энергичные частицы, инжектированные в ходе "новой" суббури, не оказали существенного влияния на поведение волны. Данное событие относится к числу рекордных по продолжительности: его длительность составляла около 15 часов. Были определены пространственно-временные характеристики волны, проанализирована функция распределения частиц, ее сгенерировавших, определен механизм генерации и резонансная частота. В другом событии волна была сгенерирована импульсом давления солнечного ветра. Действие волны на энергичные частицы (резонансные электроны) привело к ускорению электронов и к деформации их функции распределения. Область применения: физика космоса, физика плазмы.