Турбулентный магнитослой и его роль в солнечно-земных связях

Проект посвящен глобальному описанию характеристик турбулентности в магнитослое, являющемся неотъемлемым элементом солнечно-земных связей. Прогноз явлений «космической погоды» в настоящее время является одним из ключевых прикладных направлений космических исследований. В системе солнечно-земных связей важную роль играет магнитослой – переходная область между набегающим потоком солнечного ветра и магнитосферой Земли – в котором происходит сжатие, нагрев и поворот плазмы, увеличивается мощность флуктуаций всех параметров плазмы и магнитного поля и усиливается волновая активность. Благодаря многочисленным спутниковым измерениям известно, что характерной чертой плазмы как в солнечном ветре, так и в магнитослое является турбулентность. Параметры плазмы и магнитного поля в магнитослое варьируются в широком диапазоне частот, и зачастую источником высокоамплитудных возмущений могут быть процессы, происходящие в самом магнитослое или на околоземной ударной волне. Классические подходы к описанию обтекания плазмой магнитосферы Земли не способны предсказывать такие турбулентные вариации, однако, они могут быть геоэффективными. Исследованиям турбулентности плазмы магнитослоя было посвящено множество работ в последние два десятилетия. Недавние исследования демонстрируют модификацию турбулентного каскада после пересечения околоземной ударной волны и его дальнейшее развитие при распространении плазмы в магнитослое. Однако полного понимания глобальной картины изменения характеристик турбулентности в магнитослое в ответ на изменения условий в солнечном ветре в настоящее время нет. Поскольку именно плазма и магнитное поле в магнитослое влияют непосредственно на границу магнитосферы - магнитопаузу, для прогноза влияния солнечного ветра на магнитосферу необходимо учитывать, какие процессы происходят в этой переходной области при изменении условий в солнечном ветре. Данный проект направлен на исследование глобальной динамики характеристик турбулентности при пересечении плазмой околоземной ударной волны и распространении в сторону флангов магнитослоя и на создание эмпирической модели развития турбулентности в магнитослое. Для реализации проекта предполагается использование наборов всех доступных данных со спутников, проводивших в этой области измерения вариаций параметров плазмы и/или магнитного поля с достаточно высоким временным разрешением, а именно Спектр-Р, Cluster, Themis и MMS. Анализ данных одновременно нескольких миссий позволит получить статистические распределения характеристик турбулентности во всех частях магнитослоя – как в подсолнечной области, так и на флангах, - а также определить различие между развитием каскада на разных флангах. Анализ одновременных данных с мониторов солнечного ветра (WIND, DSCOVR) позволит провести оценку условий в межпланетной среде и определить, как характеристики набегающего потока солнечного ветра влияют на глобальную динамику турбулентного каскада в магнитослое. Кроме того, наличие сети одновременных спутниковых измерений перед и за околоземной ударной волной в ряде случаев позволит непосредственно проследить изменения турбулентного каскада при входе плазмы в магнитослой и распространении в сторону флангов. Помимо этого, известно, что различные крупномасштабные явления в солнечном ветре (такие как межпланетные проявления корональных выбросов массы (в том числе магнитные облака), области сжатия перед ними и т.д.) обладают различной геоэффективностью. Анализ глобальной динамики характеристик турбулентности в магнитослое для различных крупномасштабных явлений в солнечном ветре даст новое понимание механизмов их влияния на процессы внутри магнитосферы. Основными целями проекта являются: 1) Описание развития каскада турбулентных флуктуаций в магнитослое при спокойных и возмущенных условиях в солнечном ветре. 2) Определение факторов межпланетной среды, которые оказывают наиболее сильное влияние на развитие турбулентности за околоземной ударной волной. 3) Оценка связи между динамикой турбулентности в магнитослое и геоэффективностью крупномасштабных явлений в солнечном ветре. Решение указанных задач позволит расширить представления о солнечно-земных связях, что очень актуально в эру спутниковой связи.