Cамоорганизация и ускорение в космической плазме

Плазма – наиболее активное состояние вещества во Вселенной и именно плазменные процессы определяют излучение от астрофизических объектов. Практически во всех видах космической плазмы (магнитосферы Земли и планет, солнечный ветер и корона, астрофизические объекты) наблюдаются крупномасштабные магнитоплазменные структуры (хвосты, ударные волны и т.д.), которые способны сохранять устойчивость, эффективно накапливать и преобразовывать энергию даже в отсутствие столкновений. Главную роль в такой самоорганизации плазмы играет взаимодействие процессов, происходящих на разных пространственных масштабах от кинетических до МГД. При этом субструктуры с кинетическими масштабами формируются практически всегда, и именно они обеспечивают наиболее эффективное преобразование энергии (нагрев, ускорение и пр.). Для того, чтобы достичь существенного прогресса в понимании кинетики процессов, необходимо располагать многоточечными измерениями функции распределения плазмы и полей «внутри системы». Такие наблюдения в солнечной системе велись и ведутся с борта десятков космических аппаратов. Именно наблюдения в околоземном пространстве являются основным "драйвером" развития теории кинетики плазмы. С другой стороны, прогресс во всеволновой наблюдательной астрономии привел к расширению плазменной проблематики и в астрофизических исследованиях (джеты, магнитосферы пульсаров, динамика плазмы в скоплениях галактик, остатках взрывов сверхновых). Однако астрофизические объекты мы можем наблюдать только «со стороны» и с пространственным разрешением на много порядков величины ниже, чем плазменные масштабы. Взрывной рост количества новых наблюдательных данных за последние 10-20 лет, в том числе и за последние 2-3 года, развитие количественных подходов в космических исследованиях подтверждают актуальность данной тематики. В ходе первых трех лет работы по проекту исследовались различные аспекты универсальных механизмов самоорганизации плазменных структур и трансформации энергии на кинетических масштабах (формирование и разрушение токовых слоев, ускорение частиц плазмы, роль турбулентности, роль многокомпонентности плазмы, кинетические эффекты динамики плазменных структур) на базе экспериментальных (спутниковых) и теоретических исследований магнитосферы Земли. Всего опубликовано 19 статей в ведущих журналах и несколько еще находятся в работе. План работ полностью выполнен. В предлагаемом продлении проекта планируется, на основе наработок первых трех лет, сконцентрировать усилия на наиболее перспективных направлениях – общей теории взаимодействия частиц с высокоамплитудными когерентными структурами электромагнитных полей, токовых слоях и турбулентности в солнечном ветре и на ударной волне, многоточечных наблюдениях процессов нагрева и ускорения плазмы. Широкомасштабных работ подобного рода с акцентом именно на универсальность дальнейшего применения результатов в настоящее время в мире на уровне научных групп не ведется, что и обуславливает новизну исследования. У коллектива есть многолетний опыт совместной работы по всем заявленным направлениям (анализ и интерпретация данных спутниковых наблюдений, теория, численное моделирование), большое количество высокорейтинговых публикаций. В состав обновленного коллектива входят шесть докторов наук, являющихся ведущими специалистами в данных вопросах, как в России, так и в мире, и восемь студентов и молодых исследователей.