РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОНОВ В ТОНКИХ ТОКОВЫХ СЛОЯХ Л.М. Зеленый, А.В. Артемьев, А.А. Петрукович ИКИ РАН ОФН-15, ИКИ 2011 Cluster mission Interball-tail. - презентация

1 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОНОВ В ТОНКИХ ТОКОВЫХ СЛОЯХ Л.М. Зеленый, А.В. Артемьев, А.А. Петрукович ИКИ РАН ОФН-15, ИКИ 2011 Cluster mission Interball-tail

2 Тонкие токовые слои Профиль плотности тока соответствует профилю из модели ТТС ( Zelenyi et al. 2004, доклад Х.В. Маловой ) Artemyev et al Cluster mission Runov et al Nakamura et al Runov et al. 2006

3 Вложенность ТТС Распределения соотношений B 0 /B ext и n in /n out для статистики из 43 пересечений ТТС ~0.4 ~1.2 Cluster mission B x /B max Модель ТС Харриса наблюдения Artemyev et al Меры вложенности b e =B ext /B 0 n in /n out =b e 2 /(b e 2 -1) b e =3 n in /n out =1.1 b e =2 n in /n out =1.3 Относительно хорошо изучена общая структура ТТС (профили плотности тока, вложенность) и ионная составляющая ТТС (функция распределения, пролётные и захваченные траектории и т.д.) О структуре электронной компоненты ТТС известно гораздо меньше!

4 Профили температуры (2T +T II )/3 электронов Температура электронов (С2) как функция магнитного поля для четырёх пересечений ТТС Cluster mission Interball-tail Температура электронов падает при удалении от нейтральной плоскости! энергия электронов (Interball) как функция магнитного поля как функция магнитного поля для двух пересечений ТТС для двух пересечений ТТС

5 Температура электронов Рост температуры электронов вместе с ростом B z z x Силовые линии магнитного поля z, B x TeTe 0 TeTe x Lyons 1982 Tverskoy 1972 Для частиц с далёкими точками отражения

6 Нагрев электронов за счёт конвекции в 2D геометрии ( / x0) z x конвекция BzBz x Параметры токового слоя в точке наблюдения Толщина токового слоя b e =B ext /B 0 b n =B z /B 0 Тверской 1972, Зелёный и др Нагрев электронов в ходе конвекции за счёт сохранения инвариантов движения

7 Нагрев электронов за счёт конвекции в 2D геометрии ( / x0)Инварианты Электроны с далёкими точками отражения Электроны, дрейфующие к Земле в нейтральной плоскости

8 Теоретические профили температуры электронов

9 Наблюдаемые профили температуры электронов в токовых слоях Температура электронов Температура электронов как функция магнитного поля для четырёх пересечений ТТС Температура электронов падает с удалением от нейтральной плоскости! Данные спутниковых измерений (Cluster 2) Профили, полученные в рамках модели адиабатического нагрева электронов

10 Параметры экспериментальных профилей температуры электронов Статистика: 62 пересечения ТТС за 2001, 2002 и 2004 года Аппроксимация экспериментальных данных

11 Продольные масштабы ТТС Распределение продольных масштабов L x. Большинство наблюдаемых ТТС обладает L x в диапазоне от 5 до 20 радиусов Земли. Приравнивая коэффициенты T из наблюдений и модели, можно получить оценку на продольные масштабы L x ТТС в хвосте магнитосферы Земли.

12 Соотношение масштабов ТТС Распределение отношения продольного и поперечного масштабов Для большинства ТТС отношение L x /L~25 отношение L x /L~25

13 Соотношение масштабов ТТС Если =1,то весь продольный силовой баланс в ТС поддерживается градиентами вдоль x (Schindler 1972, Lembege and Pellat 1982). Для >1 часть баланса обеспечено инерцией ионов на пролётных траекториях (Burkhart and Chen 1993) =b n L x /L z z x x 1D ТТС c >1 2D ТС c =1 эффекты негиротропности

14 Эффекты вложенности ТТС Продольный инвариант, как функционал плотности тока Плотность тока для вложенного ТТС Два управляющих параметра и

15 Наблюдение вложенных ТТС Два наклона в профиле температуры

16 Выводы: Динамика адиабатических электронов в токовых слоях существенно зависит от градиента B z (x)/x Модель адиабатического нагрева электронов в ходе конвекции позволяет описать наблюдаемое плавное падение температуры T e при удалении от нейтральной плоскости (B x ~0) Сопоставление модели и данных наблюдения позволяет определить продольный масштаб L x ~(lnB z /x) -1 : 5 R E 25 ~5 Учёт вложенности позволяет определить проявление двойного масштаба в распределении температуры T e