Свидетельства существования «скрытого» крупномасштабного электрического поля Е х в тонких токовых слоях. Л.М. Зелёный, А.В. Артемьев, А.А. Петрукович, Институт Космических Исследований, РАН

Тонкий токовый слой Пересечение ТТС: показано, что сумма токов ионов и электронов относительно хорошо соотносятся с током rotB Функция распределения протонов состоит из двух частей: холодное ядро и горячие ассиметриченые фланги. Профиль плотности тока соответствует профилю из модели ТТС

Соотношение между ионными и электронными токами Runov et al Artemyev et al Israelevich et al Основной ток в ТТС переносят электроны! Плохая корреляция тока rotB с током ионов! jpjp jeje j p +j e

Статистика из 60 пересечений ТТС 4 /c(j e +j i )~rotB j e >>j i Asano et al. 2005, Runov et al. 2006, Israelevich et al. 2008, Artemyev et al Данный результат противоречит основным теоретическим моделям: T i >>T e i >> e j i >>j e

Составляющие электронного тока Диамагнитный дрейф: Дрейф кривизны + ток намагничивания + ток за счёт неоднородности магнитного поля: ExB дрейф: Плотность тока в горизонтальных ТС: 4 j y /c= B l / z Средние значения потоковой скорости электроннов

Оценка роли диамагнитного дрейфа и дрейфа кривизны Диамагнитный дрейф вместе с дрейфом кривизны могут обеспечить только половину наблюдаемой потоковой скорости электронов V DM, ~20 km/s V C, ~20 km/s Более чем в 75% ТС анизотропия электронов порядка 25%!

Дрейф E x B и геометрия токового слоя После вычитания дрейфа кривизны и диамагнитного дрейфа из потоковой скорости электронов остается величина порядка -40 км/с, которую можно объяснить только дрейфом ExB! E z и B x обращаются в ноль в центре ТС: дрейфа E z B x ~0 Для описания остаточного дрейфа электронов необходимо E x > 0 Величина E x порядка 0.15 мВ/м V ExB =V ye -V DM -V C =-40 km/s

Лабораторный эксперимент Laboratory evidence of Earthward electric field in the magnetotail current sheet. S. Minami, A.I. Podgorny and I.M. Podgorny GRL, 1993 E x направлено к Земле

Влияние E x на функцию распределения протонов У большинства распределений присутствует сдвиг ядра ( < 1kev) в область отрицательных скоростей E x =0 E x >0 Сдвиг ядра распределения указывает на наличие E x =0.1mV/m -cE x /B z

Модель поля E x в токовом слое

MHD isotropic CS model: ExB drift Absence of parallel electric field Field line is also level line of A y Dependence (A y ) can be assumed by such way that v D will have needed signature (see Birn and Schindler 2002, Yoon and Lui 2004). Function (A y ) in such models should be set but not obtained from considering some physical mechanism!

Анизотропный тонкий токовый слой: 1D x z E II E d /ds =F(s) s r /tan( ) r = 1 +F(s) s E =-( )/ r E =-F(s) s / r E =-F(s)/tan( ) E z =E II sin( )+E cos( ) E x =-E II cos( )+E sin( ) E II =-F(s) E z =-F(s)/sin( ) E x =0 and EZEZ

Анизотропный тонкий токовый слой: 2D B z / x>0 z x a b a0 b0 a b z

e /T e Перепад потенциала через слой Степень анизотропии электронов Zelenyi et al Перепад потенциала через слой ~0.5T e /e При T e =1keV и L x =10R E

Двойная структура распределения протонов и поле E x Если асимметрия флангов связана с движением ионов по спайсеровским орбитам При n p /n wing ~5 и T i /T e ~3-6 наблюдаемый ток ионов j i оказывается намного меньше тока j 0i

Asano, Mukai et al Profiles of the curlometer current m-component (black) and the corresponding proton current j p ~N p V py at Cluster 1 (red) and 4 (blue) versus B x /B L. Runov et al. 2006

Выводы: Величины потоковой скорости электронов и сдвиги ядер функций распределения ионов по данным Cluster указывают на присутствие в хвосте земной магнитосферы поля E x ~0.15 мV/м Теория ТТС, учитывающая слабую неоднородность по Х, позволяет получить E x ~0.1 мВ/м Существование «скрытого» поля E x позволяет объяснить кажущееся доминирование электронных токов в спутниковых наблюдениях