Особенности динамики плазмы и поля в окрестности секторных границ : экспериментальное и модельное обоснование гипотезы квази - непрерывного пересоединения. - презентация

1 Особенности динамики плазмы и поля в окрестности секторных границ : экспериментальное и модельное обоснование гипотезы квази - непрерывного пересоединения в гелиосферном токовом слое на 1 а. е. в гелиосферном токовом слое на 1 а. е. О. В. ХабароваВ. В Жаркова О. В. Хабарова 1 В. В Жаркова 2 1)2) Russia UK

2 Sun HCS HCS По углу B ( если пересекает 45 или изменение направления ММП от Солнца / к Солнцу ). По компонентам ММП. По смене направления движения электронов. Азимутальный угол магнитного поля на 1 а.е. - B 315 sector – toward the Sun 135 sector – outward the Sun (HCS) (HCS)

3 Азимутальный угол Модуль ММП Bx=0 Bx=0 Скорость Плотность Бета Модуль ММП падает. Горизонтальная компонента (Bx, GSE) = 0nT; Азимутальный угол (φ B ) меняется на 180 ; Скорость слегка увеличивется Плотность сильно растет Бета резко возрастает

4 Модуль ММП Bx = 0нT By = 0нT Bz 0 По углу B По компонентам ММП ( Нейтральная линия : Bx=0, By=0, |B| падает ) По смене направления движения электронов.

5 Kahler, S., and R. P. Lin (1994), The determination of interplanetary magnetic field polarities around sector boundaries using E > 2 keV electrons, Geophys. Res. Lett., 21, 1575– Crooker, N. U., S. W. Kahler, D. E. Larson, and R. P. Lin (2004), Large-scale magnetic field inversions at sector boundaries, J. Geophys. Res., 109, A Часто наблюдается несовпадение идентификации секторных границ по поведению электронов с энергией >80эВ и по азимутальному углу B ММП. Crooker et al., 2004 По углу B По компонентам ММП ( Нейтральная линия : Bx=0, By=0, |B| падает ) По смене направления движения электронов.

6 Длительность пересечения секторных границ ( данные ISTP Solar Wind Catalogue Candidate Events, 1994 –2000). O. Khabarova, G. Zastenker, 2011, Solar Physics, 270, 311 Несовпадения разных методов идентификации секторных границ могут быть связаны с : - сложной структурой гелиосферного токового слоя. - особым поведением электронов в окрестности токовых слоев. - особым поведением электронов в окрестности токовых слоев.

7 Пересечение тонкой секторной границы, 3-сек. данные Wind SWE 3DP : a) Модуль ММП; b) Горизонтальная компонента ММП (Bx, GSE); c) Азимутальный угол ММП (φ B ); d-f) Спектрограммы распределения потока электронов по питч-углам (в 3-х энергетических каналах) 340 eV 84 eV 27 eV

8 Проблема номер 1: Смена направления движения электронов порой происходит ранее прихода секторной границы даже в самых простых случаях.

9 Наблюдение вторичных пиков плотности вокруг основного ( ( O. Khabarova, G. Zastenker, 2011, Solar Physics, 270, 311) secondary mainmainmain secondary main secondary main secondary main

10 Проблема номер 1: Смена направления движения электронов порой происходит ранее прихода секторной границы даже в самых простых случаях – почему? Проблема номер 2: Откуда берутся вторичные пики плотности вокруг основного её возрастания на секторной границе?

11 Метод наложенных эпох в окрестности +/- 4 дня вокруг пересечения секторной границы на 1 а.е. (1322 случая по списку L.Svalgaard, 1964 – 2011, OMNI2). Модуль ММП, плотность и бета – симметричны относительно дня пересечения гелиосферного токового слоя, а скорость – нет.

12 Проблема номер 1: Смена направления движения электронов порой происходит ранее прихода секторной границы даже в самых простых случаях – почему? Проблема номер 2: Откуда берутся вторичные пики вокруг основного возрастания плотности на секторной границы? Проблема номер 3: Почему плотность, поле и бета – симметричны относительно пересечения секторных границ, а скорость - нет?

13 Z (GSE) Токовый слой рассматривается в предположении непрерывно идущего магнитного пересоединения. Толщина токового слоя ~ гирорадиус протона. Область моделирования гирорадиусов протона с обеих сторон от плоскости токового слоя. Предполагается, что частицы создают собственное магнитное и электрическое поле. Zharkova, V. V. & Gordovskyy, M. 2004, Astrophysical Journal, 604, 884 Z (GSE) Y (GSE) X (GSE)

14 Zharkova, V. V. & Gordovskyy, M. 2004, Astrophysical Journal, 604, half-thickness

15 2D3V particle-in-cell (PIC) XOOPIC simulation code (Verboncouer & Gladd, 1995) V inflow 0.01 V alfven - дрейфовое электрическое поле Zharkova, V. V. & Gordovskyy, M. 2004, Astrophysical Journal, 604, 884 Zharkova, V. V. & Agapitov, O. V. 2009, Journal of Plasma Physics, 75, 159

16 Траектории электронов (синие) и протонов (красные) в окрестности токового слоя. Зависят от заряда и By (guiding field) transit proton bounced proton X Y Z transit proton bounced proton X Y Z

17 Траектории электронов и протонов в окрестности токового слоя - разделение полное - разница между транзитными и отраженными частицами исчезает

18 Поляризационное (Холловское) электрическое поле 10 V/km 10 V/km

19 10 -6 Поляризационное (Холловское) электрическое поле

20 Поляризационное электрическое поле ?

21 Гелиосферный токовый слой: Плотность = cm -3 Density=100 cm -3 B z0 =10 -8 T B y =0.1B z0 B x =-0.02B zo 10 cm -3 Density=10 cm -3 B z0 =10 -8 T B y =0.01B z0 B x =-0.02B zo Density=100 cm -3 B z0 =10 -9 T B y =0.01B z0 B x =-0.002B zo Density=10 cm -3 B z0 =10 -9 T B y =0.1B z0 B x =-0.02B zo

22 Несовпадение положения электронного облака и токового слоя

23 secondary main Вторичные пики плотности вокруг секторной границы

24 В предположении непрерывно идущего пересоединения в гелиосферном токовом слое становится возможным : Объяснить асимметричный профиль скорости солнечного ветра вокруг секторных границ движением протонов вдоль поляризационного электрического поля, индуцированного движением частиц поперек токового слоя; Объяснить и воспроизвести множественность пиков плотности вокруг гелиосферного токового слоя (центральный пик – благодаря транзитным протонам, боковые – благодаря отраженным протонам) Объяснить наблюдаемые особенности спектрограмм распределения электронов по питч-углам (отраженные электроны, не способные достигнуть секторной границы, создают электронное облако в форме подковы или медальона на неком расстоянии от секторной границы). Численно интерпретировать зависимость расстояния электронного облака до секторной границы от соотношения компонент магнитного поля в ближайшей окрестности токового слоя.