МАГНИТНАЯ ДЫРА КАК ПЛАЗМЕННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ В СОЛНЕЧНОМ ВЕТРЕ И

СВЯЗАННЫЕ С НЕЙ ВОЗМУЩЕНИЯ МЕЖПЛАНЕТНОЙ СРЕДЫ

С.А. Гриб1, С.Н. Леора2

 1ГАО РАН, Пулково, СПб, Россия

2СПбГУ, Санкт-Петербург, Россия

МД – магнитные дыры,MHs – Magnetic Holes

MDs – Magnetic Decreases (Depressions)Переносимые солнечным ветром плазменные

неоднородности с низким значением величины магнитного поля, которое может составлять менее 20% (50%) от величины поля в окружающей среде.

Структуры с постоянным давлением (PBS) области с постоянной величиной полного давления.«Линейные» магнитные дыры (ЛМД, LMHs), в которых

меняется только одна составляющая магнитного поля, в то время как вторая, перпендикулярная направлению поля, не меняется, или меняется незначительно, в частности может равняться нулю. Составляют примерно 10-30% от всех наблюдаемых МД.

2[J. M. Turner et al., 1977], [Burlaga et al., 1978]

Космические данные [Tsurutani et al., 2011]

Механизмы возникновения зеркальная неустойчивость, пересоединение магнитного поля или механизм, связанный с полярными плюмами.

Магнитные дыры наблюдаются космическими летательными аппаратами на различных расстояниях от Солнца. Разработан программный код IMDAD для идентификации магнитных дыр .

Время прохождения МД фиксируется космическими аппаратами в пределах от 2 до 130 секунд, что при средней скорости солнечного ветра позволяет определить протяженность подобных неоднородностей порядка км.

3

4102

Пример данных по наблюдениям за МД (а)Модель линейной магнитной дыры (б)

(а) (б)(а) R. J. Fitzenreiter and L. F. Burlaga, JGR, 1978.(б) L. F. Burlaga, and J. F. Lemaire, JGR, 1978.

4

Физическая постановка задачи взаимодействия ЛМД с ГУВ

Рассматривается столкновение переносимой солнечным ветром магнитной дыры с околоземной головной ударной волной и последующее проникновение МД в магнитослой.

Межпланетное магнитное поле, вмороженное в солнечный ветер, наклонено под углом к направлению скорости солнечного ветра и принадлежит плоскости эклиптики.

Границы магнитной дыры в рамках МГД описываются стационарными тангенциальными разрывами, движущимися вместе с МД и с потоком солнечного ветра.

Рассматривается плоское взаимодействие. Кривизна границ магнитной дыры считается большой по сравнению с размерами самой МД.

5

Влияние тангенциальных разрывовТангенциальный разрыв с увеличением концентрации

протонов при переходе через разрыв, сталкиваясь с ГУВсоздаёт быструю ударную волну, преломлённую в

магнитослой;наблюдается , ГУВ смещается по направлению к

магнитопаузе.Тангенциальный разрыв с уменьшением концентрации

протонов при переходе через разрыв, сталкиваясь с ГУВсоздаёт быструю волну разрежения, преломлённую в

магнитослой;наблюдается , ГУВ смещается по направлению к

Солнцу.

[Grib et al., 1996] , [Гриб С.А. G&A, 2012], [Wu B.H. et al., JGR,1993], [Völk H.J., JGR,1974]. [Бархатов Н.А. и др., 2013], [Еркаев Н.В., 2013]. 6

SI

SI

7

Геометрия взаимодействия МД с ГУВSb отошедшая головная

ударная волна,MD – магнитная дыра – угол между направлением

потока солнечного ветра Vsw и направлением ММП

Hsw nSb

Пунктиром указаны направления скорости и магнитного поля за головной ударной волной

МД ориентирована по направлению магнитного поля.

8

Параметры модельной задачи

1 – область невозмущенного потока солнечного ветра,

9

12/

,50

2

tA

nAn B

pVvM

0,1,2,41

31

3

1

3

1

3 nt

t

t

t BVV

BB

3 – область магнитной дыры,

2 – область за головной ударной волной.

10

Схема взаимодействия ГУВс передней границей МД

1112

1)(,)(,)(,)(

t

t

n

n

n BB

гVV

вVPtба

(а)

(б)

(в)

(г)

Результаты взаимодействия ГУВс передней границей МД

Образуются Новая головная ударная волнаТангенциальный разрывОтраженная от границы магнитной дыры

ударная волна

0.191 0.4248 1.03

Нормированные скорости разрывов (V / Vn1)относительно неподвижной системы координат 11

sinVV SWn1

b1S '1Т 1S

Схема взаимодействия ГУВ с задней границей МД (tt2)

ОбразуютсяНовая головная ударная

волнаТангенциальный разрывБыстрая волна

разрежения, отраженная от задней границы МД

Нормированные скорости разрывов

0.0191 0.3315 0.8507 0.4248 1.03

12

t2

b2S '2Т

'1Т 1S1R

13

Результаты моделирования столкновения МД и ГУВ

Параметры потоков

14

(а)

(b)

2tt

Распределение: - Плотности (а)- Магнитного поля (b)- Полного давления (с)

,)(,)(,)(1

211 nt

t

VPtc

BBbа

(с)

Распределение скорости ГУВ в зависимости от угла наклона

По горизонтали – угол между нормалью ГУB и направлением солнечного ветра.

По вертикали – скорость ГУB по направлению к Земле. Верхняя кривая – скорость после прохождения передней

границы МДНижняя кривая – после прохождения задней границы МД.Neubauer F.M.1975; Völk H.J., 1974; K. Meziane, 2014; Takeuchi T., 2000. 15

С

З

Основные результаты1. При взаимодействии передней границы магнитной дыры с ГУВ

образуются отраженная новая головная ударная волна, сдуваемая сверхмагнитозвуковым потоком солнечного ветра, и преломлённая ударная волна:

2. При взаимодействии задней границы магнитной дыры с отраженной ударной волной образуется новая обратная ударная волна меньшей скорости, сдуваемая потоком солнечного ветра, и быстрая волна разрежения:

3. Быстрая волна разрежения, отраженная от задней границы МД, выравнивает давление в области модифицированной МД. В результате взаимодействия образуется модифицированная МД.

Проникновение магнитной дыры в магнитослой вызывает колебания головной ударной волны. 16

17

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !