Математическое моделирование кинетических неустойчивостей и связанных с ними нелинейных явлений в космической и околоземной плазме и плазмоподобных средах

Проект направлен на применение и развитие методов математического моделирования к ряду актуальных задач физики космической и околоземной плазмы и плазмоподобных сред, динамические свойства которых в существенной мере определяются явлениями кинетических неустойчивостей и сопровождающими их нелинейными процессами. Конкретнее основная работа будет посвящена решению следующих трех задач физики кинетических явлений, которое позволит применить единые физические подходы и общие принципы моделирования для анализа реально наблюдаемых и до сих пор не объяснённых свойств вещества и электромагнитных полей в областях атмосферы и ближнего космоса, осваиваемых в настоящее время. Во-первых, с помощью метода частиц в ячейках, предполагается осуществить детальное моделирование динамики вейбелевской неустойчивости в плазме солнечного ветра. Вторая проблема связана с анализом взаимодействия энергичных электронов с ионно-циклотронными волнами в радиационных поясах Земли. В рамках данного проекта планируется разработать подход, позволяющий осуществить численное моделирование взаимодействия большого числа частиц с заданными волновыми пакетами. Результаты такого моделирования будут полезны для понимания процессов в авроральной области и предсказания космической погоды. В третьих, предполагается проанализировать нелинейную стадию развития потоковой неустойчивости в мультидисперсных плазмоподобых средах, которые в общем виде представляют собой взаимодействующие крупные заряженные частицы, находящиеся в потоке слабопроводящей среды. Решение данной задачи позволить определить зависимость пространственно-временной структуры формирующихся возмущений плотности заряда и электрического поля в зависимости от характеристик частиц, свойств среды и скорости потока. Полученные результаты планируется применить для анализа формирования средне- и мелкомасштабной неоднородности электрического поля в условиях земной мезосферы и в грозовых облаках при наличии сильных конвективных потоков и электрического поля.