Специфика ионно-циклотронных магнитосферных мазеров

Процессы в диапазоне частот, соответствующем ионно-циклотронному резонансному взаимодействию, имеют как свою область параметров, так и некоторые качественные особенности.

Основные параметры  

  • частотный диапазон: УНЧ (f ~  0.1-5 Гц)
  • волновые электрические поля: dE ~  0.1-102 мВ м-1
  • волновые магнитные поля: dB ~  0.1-30 нТл
  • характерные времена: T ~  10-1000 с
  • энергичные ионы: W ~  10-200 кэВ;
  • надтепловые ионы: W ~  102-104 эВ;
  • потоки энергетичных частиц S ~  102-106 см-2 с-1 кэВ-1 стер-1

Основные типы электромагнитных излучений  

  1. "жемчужины" T ~  40-100 с Df ~  0.3 Гц
  2. Это структурированные квазипериодические излучения, давно интересующие исследователей [11], механизм формирования которых до настоящего времени вызывает споры. Они наблюдаются, в основном, на восстановительной фазе магнитных бурь на утренней и дневной стороне магнитосферы.

  3. КУП (колебания убывающего периода) T ~  1000 с Df ~  1-3 Гц
  4. Излучения этого типа имеют существенно больший частотный дрейф по сравнению с <<жемчужинами>>; кроме того, они, как правило, регистрируются в вечернем секторе на главной фазе магнитных бурь.

  5. Неструктурированные излучения

Особенности физических процессов в ионно-циклотронном диапазоне.  

  • Резонансное отражение и поглощение волн.
    • С одной стороны, на этот диапазон частот приходятся и собственные частоты ионосферного альвеновского резонатора [12].
    • с другой стороны, наличие разных сортов ионов в магнитосфере обусловливает возможность гирорезонансного взаимодействия волн, генерируемых энергичными протонами в экваториальной области и распространяющихся вдоль магнитного поля в сторону его усиления, с более тяжелыми ионами (He+, O+). Это взаимодействие, с одной стороны, изменяет условия генерации волн, а с другой - приводит к образованию надтепловых ионов вследствие резонансного нагрева.

  • В отличие от свистовых волн, период которых может быть много меньше характерного времени распространения между областями отражения от ионосферы (f·Tg ~ 103-104), а длина волнового пакета много меньше длины силовой трубки (для хоровых элементов t ~ 10-2-10-1 Tg), для УНЧ диапазона характерны волновые пакеты с меньшим числом периодов и более длинные по сравнению с длиной силовой трубки: f·Tg ~  100, t ~ Tg.
  • При типичных амплитудах магнитосферных волн УНЧ диапазона порог нелинейных явлений достигается уже при достаточно большой относительной ширине полосы:

 

Отсюда видно, что ftr / f ~ 1 уже при Df ~ 0.2 f, если h ~ 1 нТл на L = 4.4.

Основные проблемы ионно-циклотронных мазеров для исследований в рамках проекта РЕЗОНАНС

  1. роль коллективных процессов в динамике ионов кольцевого тока
  2. физические механизмы формирования различных спектральных типов излучений; роль ионосферного отражения в генерации волн;
  3. эффекты гирорезонансного взаимодействия с тяжелыми ионами:
    1. нагрев и ускорение ионов;
    2. поглощение, трансформация и отражение волн
  4. взаимодействие высокочастотных и низкочастотных гидромагнитных пульсаций

Предыдущая страница        Следующая страница