Одновременные наблюдения на ИСЗ Интербол-1 прихода токового слоя в солнечном ветре

к околоземной ударной волне, образования аномалии горячего течения

и генерации пучка почти моноэнергетических ионов

Луценко В.Н., Гаврилова Е.А.ИКИ РАН

Проанализированы несколько случаев наблюдения на ИСЗ Интербол-1 одновременного прихода к околоземной ударной волне (BS) токового слоя в солнечном ветре (CS), образования аномалии горячего течения (HFA) и генерации пучка почти моноэнергетических ионов (AMI). Наблюдения подтвердили связь этих явлений и предложенную нами ранее гипотезу о природе и происхождении пучков AMI около BS.

На предыдущей конференции (фев. 2009) в нашем докладе обсуждалась следующая модель генерации AMI : Ускорение ионов солнечного ветра происходит в потенциальном электрическом поле, образующемся при разрыве волокна токового слоя BS.

Эта модель объясняет все наблюдаемые характеристики AMI (образование узких линий, их число, соотношение между

энергиями и интенсивностями линий, отсутствие линий в

спектрах электронов и т.д.). В частности, она объясняет

изменение энергии линий AMI в течение первых 30-40 с в начале события, позволяющее определить ЭДС токовой цепи до разрыва и ЭДС самоиндукции цепи. В первые 10-20 с наблюдается также быстрый рост интенсивности ускоренных

ионов на 1-2 порядка, который,

как мы покажем ниже, может быть объяснен механизмом разрыва токовой цепи.

Изменение энергии и интенсивности AMI в начале процесса ускорения

Какова же причина разрыва токового волокна?

В плазменном слое хвоста магнитосферы, где мы также наблюдали AMI, разрывы волокон токового слоя, разделяющего противоположно направленные магнитные поля скорее всего являются спонтанными.

Их продолжительность составляет ~20 с после чего проводимость восстанавливается.

• В случае BS токовый слой разделяет магнитные поля одной направленности и необходимо искать внешнюю причину разрыва.

Возможная причина разрыва токового волокна. Связь AMI с HFA

Условия для образования HFA около BS (S. Schwartz и др. (2000 г): а) Приход токового слоя CS в солнечном ветре к BS, б) Перпендикулярность CS к BS в момент образования HFA, в) Электрическое поле Е= -(VxB) направлено к CS по крайней мере с одной стороны от CS. г) Квази-перпендикулярная ориентация магнитного поля ( угол BN близок к 90°) по крайней мере с одной стороны CS (чтобы отражать ионы).

Общность условий для образования AMI и HFA около BS:

Проведенный нами анализ большого числа AMI-событий показал, что

при этом также соблюдаются указанные выше условия.

Оценки частоты HFA (~3 /сут), приведенные в работе S. Schwartz и др.

(2000 г), не противоречат нашим оценкам частоты AMI-событий (~7 /сут).

Анализ ~800 AMI-событий и соответствующих условий в солнечном ветре показал, что: ~ 40% случаев AMI сопровождается сильными, одиночными CS,

~ 40% случаев – слабыми или многочисленными CS,

~ 20% случаев – отсутствием CS, что указывает на возможность и других причин разрыва.

Разрыв тока за счет образования HFA объясняет быстрый рост

интенсивности ускоренных ионов в начале события, т.к. перекрытие потока солнечного ветра над местом разрыва понижает здесь

плотность плазмы, которая восстанавливается лишь через 10-20 с

за счет притока плазмы из магнитослоя.

Однако указанные выше наблюдения HFA и AMI, выполненные

в разное время, в разных условиях, на разных космических аппаратах (КА) должны быть подкреплены прямыми наблюдениями всех трех явлений (CS, HFA и AMI) в одном событии, в точке, близкой к BS, чтобы было возможно обнаружить HFA.

Это и является задачей данной работы.

Замечание Трудно ожидать, что все три явления будут наблюдаться точно в

одно время. AMI распространяются от места ускорения в виде узкого, негиротропного пучка и не всегда могут быть обнаружены космическим аппаратом (КА), даже находящимся близко от этого места. С другой стороны, в зависимости от направления магнитного поля, соединяющего место ускорения с КА, время наблюдения AMI может как опережать, так и отставать от момента наблюдения CS и HFA (до 2-10 мин).

Далее будут приведены несколько примеров почти

одновременного наблюдения CS, HFA и AMI на КА Интербол-1.

• HFA идентифицировались по данным прибора VDP, имевшего 1 сек временное разрешение и использовавшего 4 ионные ловушки: одну (F1), ориентированную по оси вращения КА на Солнце и три (F2, F3, и F5), ориентированных под углами 90° к этой оси с азимутальными интервалами 90°.

Наблюдения на спутнике Интербол-1 в солнечном ветре вблизи ОЗУВ

Событие 17 июля 1997 г. Интербол-1 находился в это

время в солнечном ветре, на расстоянии ~4.3 RE от

модельной ударной волны.

Мы использовали также результаты измерений магнитного поля и плазмы на КА

Geotail и Wind.

Спектр AMI

Положение CS относительно BS при наблюдении HFA и AMI

События 23 апреля 1997 г. AMI-1

• AMI-2

• Во время наблюдения 2-х AMI-событий Интербол-1

• находился в солнечном ветре на расстоянии не

• более 0,4 RE от ударной волны.

Положение CS-1 относительно BS при наблюдении AMI-1

Положение CS-3 относительно BS при наблюдении HFA-2 и AMI-2

Электрическое поле E= -Vsw x B с обоих сторон CS-3 направлено к нему: Enpre = 2.21; Enpost = -1.36 mV/m

Событие 25 августа 1996 г.AMI-1

AMI-2

Interball-1 был в солнечном ветре в 1.96 RE от модельной ударной волны

Положение токового слоя CS2 во время наблюдений AMI-1 и HFA-1.Нет перпендикулярности CS2 и BS, нет близкого HFA: возможна иная причина AMI.

Положение токового слоя CS3 во время наблюдений AMI-2 и HFA-1.

Наблюдения на спутнике Интербол-1 в магнитослое вблизи BS

• Событие 5 сентября 1995 г.

Изменение параметров плазмы в событии 5.09.1995» »

» Обратить внимание на изменение параметров

» солнечного ветра за 5-10 мин до CS2 на » Wind и Geotail.

Положение CS-2 относительно BS при наблюдении HFA и AMI

Электрическое поле E= -Vsw x B с обоих сторон CS-2 направлено к нему: Enpre = 2. 39; Enpost = -2.50 mV/m

Выводы

• 1. Анализ нескольких событий с AMI, наблюдавшихся около BS, как со стороны солнечного ветра, так и со стороны магнитослоя показал, что генерация AMI вызывается появлением HFA, которому предшествует приход токового слоя CS в солнечном ветре. В момент наблюдения HFA и AMI CS перпендикулярен поверхности BS.

• 2. Как HFA, так и генерация AMI, происходят около квази-перпендикулярной ударной волны.

• 3. Из 6 рассмотренных событий в 2-х электрическое поле, создаваемое солнечным ветром на BS, направленно с обоих сторон к токовому слою CS. В 2-х событиях – только с одной стороны к CS и еще в 2-х –с обоих сторон от CS.

• Таким образом проделанный анализ подтверждает роль HFA, как внешнего инициатора разрыва волокон токового слоя BS, и справедливость нашей модели ускорения AMI.

Спасибо за внимание