Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ГОЛОВНА АСТРОНОМІЧНА ОБСЕРВАТОРІЯ
на правах рукопису
Кизьюров Юрій Веніамінович
УДК 523.165+550.383+550.388.2
01.03.03 –геліофізика і фізика сонячної системи
А в т о р е ф е р а т
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук
Київ –
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Головній астрономічній обсерваторії НАН України
Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор
Юхимук Адам Корнилович,
завідувач відділом фізики космічної плазми ГАО НАН України
Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор
Боєв Анатолій Григорович,
Радіоастрономічний інститут НАН України,
провідний науковий співробітник, м. Харків;
доктор фізико-математичних наук, професор
Дзюбенко Ìикола Іванович,
Національний університет ім. Тараса Шевченка,
професор, м. Київ.
Провідна установа: Кафедра космічної радіофізики Харківського державного університету, Міністерство освіти України, м. Харків.
Захист відбудеться «23» квітня 1999 р. на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д26.208.01 по захисту докторських дисертацій при Головній астрономічній обсерваторії НАН України за адресою: 252650, Київ-22, Голосіїв, ГАО НАНУ, тел. 266-47-58.
Початок засідань о 10 годині.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ГАО НАН України за адресою: 252650, Київ-22, Голосіїв, ГАО НАНУ
Автореферат розісланий «18» березня 1999 року
Спеціалізованої вченої ради
кандидат фізико-математичних наук Гусєва Н.Г.
ЗАГАЛЬНА ХАРКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми.
У багатьох задачах астрофізики, теорії плазми, фізики космічних променів, геофізики розглядають взаємодію заряджених частинок з магнітними полями та хвилями в плазмі [1-4]. Сюди належать питання проходження космічних променів крізь магнітні поля сонячної системи, питання утримання плазми в магнітних уловлювачах і діагностики турбулентної плазми, питання руху хмар іонізованого газу крізь магнітні поля космічного середовища, питання динаміки іоносферної плазми.
Як відомо [3], найбільш поширеними в космічних умовах є уловлювачі з магнітним полем дипольного типу –це зокрема магнітні поля планет, загальні поля зірок, бессилові структури на великих відстанях, поля плазмових утворень з тороїдними токовими системами. В роботі розглянуто рух заряджених частинок у дипольному магнітному полі і, користуючись дрейфовим гамільтоніаном, що описує рух частинок у полі магнітного диполя [5], обговорюється пов’язана з розбіжністю пітч-кутового розподілу електронів та іонів можливість появи поздовжньої різниці потенціалів у магнітосферній плазмі. Генерація поздовжнього електричного поля є однією з найбільш важливих проблем фізики магнітосфери [6]. Поздовжні електричні поля і токи, змінюючи функцію розподілу частинок, стимулюють розвиток нестійкостей магнітосферної плазми, що може призвести до виникнення аномального опору, а також до утворення електричних подвійних шарів [4,6]. З поздовжнім електричним полем, з прискореними у такому полі електронами пов’язують появу дискретних полярних сяйв. Важлива роль належить електричному полю і при поясненні механізму магнітосферної суббурі. Зазначимо, що існують певні аналогії між деякими магнітосферними процесами й активними процесами на Сонці (масштаби фізичних параметрів можуть відрізнятися на кілька порядків величини). Так виявлено подібність у морфологічному розвитку сонячних спалахів і магнітосферних суббурь, у появі електричних полів і токів, орієнтованих вздовж магнітного поля, в ініціюванні плазмових нестійкостей [7, 8].
Важливе місце серед актуальних проблем фізики частково іонізованогогазу належить дослідженням турбулентного потоку такого газу у магнітному полі. Якщо ступінь іонізації газу мала і заряджені частинки можна вважати пасивною домішкою, то турбулентний потік такого газу у магнітному полі супроводжується появою флуктуацій концентрації заряджених частинок, температури, а також збуреннями магнітного поля. Подібні процеси мають місце у деяких областях міжзоряного газу, у фотосфері Сонця, у нижній іоносфері Землі [1,9,10]. В роботі розглянуто процес формування плазмових неоднорідностей турбулентного потоку частково іонізованого газу в магнітному полі на прикладі іоносфери Землі, де краще відомі фізичні умови та параметри середовища. Результати вивчення неоднорідностей іоносферної плазми мають велике значення для практичних питань поширення радіохвиль короткохвильового діапазону.
Рух невзаємодіючих між собою заряджених частинок у магнітному полі, яке є сумою регулярної та випадкової складової, розглядається в дисертації на прикладі поширювання швидких частинок сонячного походження у міжпланетному просторі. Ці частинки являють собою один з найбільш суттєвих факторів сонячної активності і відіграють значну роль у системі сонячно-земних зв’язків. Відомо, що генеруються вони під час спалахів на Сонці і разом з електромагнітним випромінюванням складають важливе джерело геліофізичної інформації, а також помітно впливають на динамічні процеси у сонячному вітрі і у магнітосфері Землі [3,4,11]. Реєстрація потоків енергійних частинок від Сонця як наземними станціями космічних променів, так і безпосередньо на космічних апаратах на різних геліоцентричних відстанях, та використання при аналізі цих даних сучасних теоретичних уявлень вказують на їх високу інформативність, що дозволяє отримувати важливі відомості як про фізичні умови в області генерування високоенергійних частинок, так і про механізми переносу частинок у замагніченій плазмі сонячного вітру. Слід відзначити практичну цінність таких досліджень для діагностики та прогнозування збурень у міжпланетному й навколоземному космічному просторі, що особливо актуально у зв’язку із зростанням тривалості і дальності польотів космічних апаратів різноманітного призначення [12].
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами
Викладені в дисертації результати були отримані при виконанні робіт по темам НДР відділу космічної фізики Інституту геофізики і ГАО АН УРСР, лабораторії фізики космічних променів ГАО НАН України, а також при виконанні підтриманого Міжнародним науковим фондом і Урядом України науково-дослідного проекту “Розсіяння та прискорення заряджених частинок в космічних магнітних полях”.
Мета і задачі дослідження
Метою дисертації є:
У зв’язку з цим розглянуто такі задачі:
1. Визначення з використанням дрейфового гамільтоніану, що описує рух заряджених частинок у криволінійних магнітних координатах, геометричної межи і структури зони, де діє теорія адіабатичного руху частинок для випадку магнітного диполя.
2. Визначення областей локалізації і знака поздовжнього електричного поля, зумовленого розбіжністю пітч-кутового розподілу електронів і іонів, в плазмі у дипольному магнітному полі.
. Задача про вплив електричного поля на потенціальні хвилі у магнітоактивній плазмі без зіткнень.
. Задача о поздовжніх коливаннях магнітоактивної плазми, на яку діє електромагнітне випромінювання, з урахуванням зіткнень.
. Формування неоднорідностей концентрації заряджених частинок турбулентного потоку слабкоіонізованої плазми у постійному магнітному полі за наявності регулярного градієнту густини іонізованої складової, коли рух нейтральної компоненти відповідає закономірностям звичайної гідродинамічної турбулентності (отримання і аналіз аналітичного виразу для просторового спектру таких неоднорідностей).
6. Поширення високоенергійних невзаємодіючих між собою заряджених частинок у середовищі з нерухомими неоднорідностями магнітного поля (“магнітними хмарами”) за умов ізотропного розсіяння у випадку точкового джерела миттєвої інжекції частинок із заданим напрямом початкової швидкості.
7. Перенос енергійних частинок в середовищі з нерухомими “магнітними хмарами”у тривимірному сферично-симетричному випадку за умов скінченного часу інжекції.
. Поширення у міжпланетному магнітному полі швидких частинок з анізотропним початковим розподілом.
. Поширення високоенергійних частинок в середовищі з нестатичними великомасштабними неоднорідностями магнітного поля.
Наукова новизна одержаних результатів
Новизна роботи полягає в тому, що користуючись записаним в криволінійних магнітних координатах дрейфовим гамільтоніаном руху заряджених частинок у полі магнітного диполя, вперше визначено області локалізації та знак поздовжнього електричного поля, що виникає в магнітосферній плазмі через розбіжність анізотропії пітч-кутового розподілу позитивних іонів та електронів; вперше розглянуто формування флуктуацій концентрації заряджених частинок турбулентного потоку частково іонізованої плазми в магнітному полі з урахуванням процесу рекомбінації та отримано аналітичний вираз для спектральної густини таких флуктуацій; на основі аналітичного розв’язку кінетичного рівняння Больцмана вперше проаналізовано просторово-часову еволюцію розподілу високоенергіних частинок за умов їх анізотропної інжекції у міжпланетне магнітне поле; з використанням дрейфового кінетичного рівняння вперше розглянуто перенос енергійних частинок в магнітному полі з нестатичними великомасштабними неоднорідностями і показано, що у такому полі має місце пітч-кутова дифузія, якої не існує в статичному випадку.
Практичне значення одержаних результатів
Результати дисертації можуть бути використані:
Результати дисертації можуть мати певний практичний інтерес для оцінки і прогнозування радіаційного стану під час польотів космічних апаратів різного призначення у навколоземному та міжпланетному космічному просторі, а також для прикладних задач поширення радіохвиль.
Особистий внесок здобувача. Результати досліджень, що включені до дисертації, були отримані переважно в спільних роботах, в яких автор приймав безпосередню і активну участь.
Основні положення, що представлені до захисту:
1. Визначення геометричної межи та структури зон адіабатичного і неадіабатичного руху заряджених частинок в полі магнітного диполя.
. Результати визначення областей локалізації і знака поздовжнього електричного поля, поява якого у магнітосферній плазмі зумовлена розбіжністю пітч-кутового розподілу протонів і електронів.
. Визначення аналітичного виразу для критичної напруженості зовнішнього електричного поля і інкрементів зростання зв’язаних з цим полем потенціальних збурень у магнітоактивній плазмі без зіткнень.
. Результат визначення стаціонарної функції розподілу електронів замагніченої плазми з урахуванням зіткнень в присутності зовнішнього електромагнітного випромінювання, і отримання аналітичного виразу критичної для розвитку потенціальної плазмової нестійкості амплітуди електромагнітної хвилі в умовах навколоземної космічної плазми.
. Отримання і аналіз аналітичного виразу для спектральної густини флуктуацій концентрації заряджених частинок турбулентного потоку слабкоіонізованого газу в магнітному полі.
. Результати аналізу просторово-часової еволюції розподілу енергійних частинок сонячного походження, виконаного на основі аналітичного розв’язку кінетичного рівняння Больцмана для випадку анізотропної інжекції частинок точковим джерелом за умов ізотропного розсіяння нерухомими неоднорідностями ММП.
7. Отримані на основі дрейфового кінетичного рівняння результати дослідження процесу поширення швидких частинок в нестатичних великомасштабних магнітних полях.
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на наукових семінарах Головної астрономічної обсерваторії НАН України, а також були представлені на: конференції молодих вчених “Актуальні питання космічних досліджень”(Москва, 1988), Всесоюзній конференції по космічним променям (Дагомис, 1990), Міжрегіональній конференції по космічним променям (Самарканд, Узбекистан, 1992), Міжнародному семінарі “Фізика космічної плазми” (Київ, Україна, 1993), 23-й Міжнародній конференції по космічним променям (Калгарі, Канада, 1993), Міжнародній конференції по космічним променям (Москва, Росія, 1994), 20-й Генеральній асамблеї EGS (Європейське геофізичне товариство) (Гамбург, Германія, 1995), 24-й Міжнародній конференції по космічним променям (Рим, Італія, 1995), 21-й Генеральній асамблеї EGS (Гаага, Нідерланди, 1996), 23-й конференції Європейського фізичного товариства по керованому термоядерному синтезу і фізиці плазми (Київ, Україна, 1996), 22-й Генеральній асамблеї EGS (Вена, Австрія, 1997), 23-й Генеральній асамблеї EGS (Ніцца, Франція, 1998).
Публікації. Основні результати дисертації опубліковано у 15 друкованих роботах.
Структура та об’єм дисертації. Дисертація складається із вступу, трьох глав і закінчення; містить 132 сторінки друкованого тексту, 8 малюнків, список використаних літературних джерел із 157 найменувань.
ЗМІСТ РОБОТИ
У першій главі дисертації користуючись дрейфовим гамільтоніаном руху заряджених частинок у полі магнітного диполя, а також умовами застосовності дрейфового наближення, визначено геометричну межу та структуру зон адіабатичного і неадіабатичного руху частинок поблизу диполя. Беручи до уваги те, що через резонансне пітч-кутове розсіяння рух протонів з високоширотними точками відбиття супроводжується зростанням середнього по ансамблю пітч-кута в їх розподілі, в той час коли розподіл електронів залишається практично незмінним, вказано на можливість генерації поздовжнього електричного поля у магнітосферній плазмі. Аналіз структури областей адіабатичного руху заряджених частинок в дипольному магнітному полі дозволив визначити локалізацію і знак поздовжнього електричного поля, поява якого у магнітосферній плазмі зумовлена розбіжністю пітч-кутового розподілу протонів та електронів. В рамках кінетичного підходу досліджується вплив зовнішнього електричного поля на потенціальні хвилі у магнітоактивній плазмі без зіткнень; отримано аналітичні вирази для критичної напруженості зовнішнього електричного поля і інкрементів зростання пов’язаних з цим полем іонно-звуковних та ленгмюрівських плазмових хвиль. Розглянуто також задачу о поздовжніх коливаннях розташованої у магнітному полі плазми із зіткненнями, на яку діє електромагнітне випромінювання. Одержано аналітичний вираз для стаціонарної функції розподілу електронів замагніченої плазми з урахуванням зіткнень (через використання інтегралу зіткнень Батнагара-Гросса-Крука) в присутності зовнішнього електромагнітного випромінювання, а також вираз критичної для розвитку потенціальної плазмової нестійкості амплітуди електромагнітної хвилі в умовах навколоземної космічної плазми.
У другій главі на основі рівнянь квазігідродинаміки розглянуто процес формування неоднорідностей концентрації заряджених частинок турбулентного потоку слабкоіонізованої плазми у магнітному полі з урахуванням регулярного градієнту іонізованої складової та ефекту рекомбінації в умовах нижньої іоносфери; вважалося, що рух нейтральної компоненти відповідає закономірностям звичайної гідродинамічної турбулентності. Отримано аналітичний вираз для просторового спектру таких неоднорідностей. Проаналізовано вплив іонного складу на середньоквадратичний рівень та форму спектру плазмових флуктуацій, що генеруються атмосферною турбулентністю у спорадичному шарі Е, а також як змінюються рівень флуктуацій і форма спектру плазмових неоднорідностей, що формуються атмосферною турбулентністю в області Е без спорадичного шару в умовах денної та нічної іоносфери. Встановлено, що рівень відносних флуктуацій не перевищує 10%, а спектр неоднорідностей в цілому близький до степеневого S(k)k-p (р1.67), але можливі відхилення від степеневого закону із постійним показником при цьому р змінюється в межах 0.8-2. Визначено характерні масштаби, при яких слід очікувати зміни нахилу спектру. Показано, що із зростанням масштабу флуктуацій в їх формуванні зростає роль взаємодії турбулентного поля швидкості нейтралів з регулярним градієнтом плазмової компоненти, а також вплив процесів рекомбінації; для формування короткохвильових неоднорідностей більш важливими є взаємодія заряджених частинок, що захоплені турбулентним потоком нейтрального газу, з магнітним полем та амбіполярна дифузія.
Третя глава присвячена розгляду руху невзаємодіючих між собою заряджених частинок у магнітному полі, яке є сумою регулярної та випадкової складової. На основі кінетичного рівняння Больцмана досліджується поширення енергійних частинок сонячного походження при ізотропному розсіянні статичними неоднорідностями ММП у випадку точкового джерела: а) миттєвої інжекції частинок із заданим напрямком початкової швидкості (регулярна складова ММП вважається однорідною); б) за умов скінченого часу ізотропної інжекції у тривимірному сферично-симетричному випадку; в) миттєвої інжекції при анізотропному початковому розподілі частинок. У всіх трьох випадках проаналізовано особливості просторово-часової еволюції розподілу частинок. Користуючись дрейфовим кінетичним рівнянням, розглянуто випадок поширення заряджених частинок високої енергії в магнітному полі з нестатичними великомасштабними неоднорідностями. Здійснено перехід до дифузійного наближення. Показано, що при розсіянні нестатичними неоднорідностями має місце дифузія частинок в імпульсному просторі, якої не існує в статичному випадку.
В закінченні сформульовані основні результати дисертаційної роботи і обговорюються перспективи подальших досліджень.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ
1. Вивчення особливостей руху заряджених частинок в дипольному магнітному полі (з використанням дрейфового гамільтоніану такого руху) дозволило визначити області локалізації і знак поздовжнього електричного поля, поява якого у магнітосферній плазмі пов’язана з розбіжністю пітч-кутового розподілу протонів та електронів.
2. В результаті розгляду в рамках кінетичного підходу задачі про вплив зовнішнього електричного поля на потенціальні хвилі у магнітоактивній плазмі без зіткнень встановлено, що електричні поля, які спостерігаються за допомогою супутників в магнітосфері Землі, можуть суттєво впливати на розвиток і характер поширення потенціальных збурень у магнітосферній плазмі. Визначено аналітичні вирази для критичної напруженості зовнішнього електричного поля і інкрементів зростання пов’язаних з цим полем іонно-акустичних та ленгмюрівських плазмових хвиль.
3. Одержано аналітичний вираз для стаціонарної функції розподілу електронів замагніченої плазми з урахуванням зіткнень в присутності зовнішнього електромагнітного випромінювання і отримано вираз критичної для розвитку потенціальної плазмової нестійкості амплітуди електромагнітної хвилі в умовах навколоземної космічної плазми.
4. З використанням рівнянь квазігідродинаміки одержано аналітичний вираз для спектру плазмових неоднорідностей, що виникають у турбулентному потоці частково іонізованого газу в магнітному полі. Цей вираз дозволяє пояснити як степеневий спектр неоднорідностей, так і можливі відхілення форми спектру від степеневого з постійним показником, тобто пояснити, наприклад, спектри плазмових неоднорідностей, які спостерігаються у нижній іоносфері Землі і винекнення яких пов’язують з атмосферною турбулентністю.
. На основі аналізу одержаного виразу для спектральної густини плазмових флуктуацій встановлено, що інтенсивність флуктуацій, які формуються атмосферною турбулентністю в спорадичному шарі Е, має зростати із зростанням в ньому концентрації металевих іонів, також має зростати крутість просторового спектру таких флуктуацій; а у випадку іоносферної області Е без спорадичного шару показано, що денна інтенсивність сформованих атмосферною турбулентністю плазмових флуктуацій –менша за нічну, просторовий спектр денних флуктуацій –більш пологий порівняно із нічним спектром.
6. Аналіз просторово-часової еволюції розподілу високоенергійних частинок, зроблений на основі розв’язку кінетичного рівняння Больцмана, що описує розповсюдження таких частинок в магнітному полі з нерухомими неоднорідностями, коли має місце ізотропне розсіяння, показал суттєву відмінність часового профілю густини зареєстрованих частинок від дифузійного випадку, особливо на початковій стадії сонячної протонної події. Встановлено також залежність часового профілю густини енергійних частинок, що реєструються, від тривалості інжекції та орієнтації асимптотичного конусу прийому конкретної станції космічних променів.
7. В результаті дослідження на основі дрейфового кінетичного рівняння переносу енергійних заряджених частинок в магнітному полі з нестатичними великомасштабними неоднорідностями встановлено, що в такому полі має місце дифузія частинок в імпульсному просторі, якої не існує в статичному випадку. Було показано, що це призводить до появи анізотропної складової функції розподілу космічних променів.
ПЕРЕЛІК ЦИТОВАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Вайнштейн С.И., Зельдович Я.Б., Рузмайкин А.А. Турбулентное динамо в астрофизике. –М.: Наука, 1980. –с.
2. Лукьянов С.Ю. Горячая плазма и управляемый термоядерный синтез. –М.: Наука, 1975. – с.
3. Дорман Л.И. Экспериментальные и теоретические основы астрофизики космических лучей. –М: Наука, 1975. –с.
. Юхимук А.К. Плазменные явления в геофизике. –Киев: Наукова думка, 1982. –с.
. Носов С.Ф. Гамильтонов формализм в дрейфовой теории движения заряженных частиц в магнитном поле // Кинематика и физика небесных тел. – 1992. – T.8, N6. – C.14-31.
6. Ляцкий В.Б., Мальцев Ю.П. Магнитосферно-ионосферное взаимодействие. –М.: Наука, 1983. –с.
7. Крюгер А. Солнечная радиоастрономия и радиофизика. Введение. –М.: Мир, 1984. – 469 с.
8. Кришталь А.Н., Юхимук А.К. О влиянии продольных электрических полей на развитие плазменных неустойчивостей в солнечных магнитных ловушках // Кинематика и физика небесных тел. – 1991. – T.7, N 2. – C.23-32.
9. Де Ягер К. Структура и динамика атмосферы Солнца. –М.: Изд-во иностр. лит., 1962. –с.
. Гершман Б.Н. Динамика ионосферной плазмы.–М.: Наука, 1974. –с.
11. Топтыгин И.Н. Космические лучи в межпланетных магнитных полях. –М.: Наука, 1983. –с.
12. Мирошниченко Л.И., Петров В.М. Динамика радиационных условий в космосе. –М.: Энергоатомиздат, 1985. –с.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ:
1. Кызьюров Ю.В., Тупчиенко А.М., Юхимук А.К. О влиянии радиоволн на свойства ионосферной плазмы // Геофизический журнал. –. –Т.5, N3. –С.70-74.
. Кызьюров Ю.В., Тупчиенко А.М., Юхимук А.К. Влияние электрических полей на потенциальные волны в магнитосфере Земли // Геофизический журнал. –. –Т. 5, N 6. –С.68-71.
3. Лихачев А.А., Кызьюров Ю.В. О возбуждении неравновесных флуктуаций электронной плотности в нижней ионосфере турбулентным движением нейтральной компоненты. – Киев: 1985. – 15 с. (Препр. / АН УССР, Ин-т теоретической физики, ИТФ-85-124Р)
4. Кац М.Е., Кызьюров Ю.В., Носов С.Ф., Федоров Ю.И., Шахов Б.А. Распро-странение космических лучей в магнитном поле с крупномасштабными неоднородностями // Известия АН СССР. Сер. физич. –. –Т.55, N 10. –C.1950-1953.
5. Nosov S.F., Kyzyurov Yu.V. Origin of longitudinal electric field in the magnetospheric plasma // Proc. 23rd Int. Cosmic Ray Conf. –Vol.2. –Calgary (Canada). –. –P.378-381.
6. Федоров Ю.И., Шахов Б.А., Кызьюров Ю.В. Функция Грина кинетического уравнения Больцмана для солнечных космических лучей // Известия РАН. Сер. физическая. –. - T.57, N7. - C.15-18.
7. Носов С.Ф., Кызьюров Ю.В. Адиабатический гамильтониан для заряженных частиц в дипольном магнитном поле // Cб. трудов Международного семинара “Физика космической плазмы”, НКАУ. –Киев. –. –C.55-62.
8. Kyzyurov Yu. V. On the spectrum of mid-latitude sporadic-E irregularities // Annales Geophysicae. –. –Vol.13, Part3. –P.695.
. Fedorov Yu.I., Kyzyurov Yu.V., Nosov S.F., Shakhov B.A. Solar cosmic ray transport under anisotropic injection // Proc. 24th Int. Cosmic Ray Conf.–Vol.4. –Roma (Italy). –. –P.297-300.
. Nosov S.F., Kyzyurov Yu.V. Drift Hamiltonian in a dipole magnetic field // Proc. 24th Int. Cosmic Ray Conf.–Vol.4.–Roma (Italy). –.–P.1005-1008.
11. Шахов Б.А., Федоров Ю.И., Кызьюров Ю.В., Носов С.Ф. Описание рас-пространения солнечных космических лучей на основе аналитического решения кинетического уравнения // Изв. РАН. Сер. физич.–.–T.59, N4.–C.48-51.
12. Kyzyurov Yu.V. Some spectral features of irregularities in the mid-latitude lower ionosphere // Ann. Geophysicae. –. –Vol.14, Part 3. –P.735.
. Fedorov Yu.I., Kyzyurov Yu.V., Nosov S.F., Shakhov B.A. Solution of the Boltzmann equation for nondiffusive solar cosmic ray propagation // Annales Geophysicae. –. –Vol.14. –P.1016-1018.
. Kyzyurov Yu.V., Nosov S.F. Irregularities created by the neutral gas turbulence in weakly ionized collisional plasma // Proc. 23rd EPS Conf. Contr. Fusion and Plasma Phys. –Kiev. –. –P.445.
. Kyzyurov Yu.V. On the plasma irregularities generated by neutral air turbulence in the lower ionosphere// Ann. Geophysicae.–.–Vol.16, Part 3. –P.657.
АНОТАЦІЯ
Кизьюров Ю.В. Взаємодія заряджених частинок з магнітними полями і хвилями в космічній плазмі. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.03 –геліофізика і фізика сонячної системи. –Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ, 1999.
Дисертацію присвячено дослідженню взаємодії заряджених частинок з магнітними полями і хвилями в навколоземній та міжпланетній космічній плазмі. На основі розгляду особливостей руху заряджених частинок в дипольному магнітному полі визначено області появи поздовжньої різниці потенціалів, яку зумовлено розбіжністю пітч-кутового розподілу електронів та протонів у магнітосфері. В рамках кінетичного підходу досліджено вплив електричного поля на потенціальні хвилі в магнітосфері Землі, а також дію електромагнітної хвилі на поздовжні коливання навколоземної космічної плазми. З використанням рівнянь квазігідродинаміки розглянуто формування неоднорідностей концентрації заряджених частинок у турбулентному потоці частково іонізованого газу в магнітному полі на прикладі іоносфери Землі. Одержано і проаналізовано просторовий спектр таких неоднорідностей. На основі кінетичного рівняння Больцмана розглянуто поширення енергійних заряджених частинок в геліосфері за умов ізотропного розсіяння нерухомими неоднорідностями міжпланетного магнітного поля. Проаналізовано особливості просторово-часової еволюції розподілу частинок при різних режимах інжекції точковим джерелом. Користуючись дрейфовим кінетичним рівнянням для опису поширення швидких частинок в магнітному полі з нестатичними великомасштабними неоднорідностями, встановлено, що в такому полі виникає пітч-кутова дифузія частинок, якої не існує в статичному випадку.
Ключові слова: заряджені частинки, хвилі, магнітне поле, космічна плазма.
ABSTRACT
Kyzyurov Yu.V. Charged particle interaction with magnetic fields and waves in space plasmas. –Manuscript.
Thesis for a candidate’s degree by speciality 01.03.03 –heliophysics and solar system physics. –The Main Astronomical Observatory of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 1999.
The dissertation is devoted to investigation of charged particle interaction with magnetic fields and waves in plasmas of the near-Earth space and of the interplanetary space. The regions of appearance of magnetic field-aligned potential drops which result from deference of the pitch-angle distribution of protons and electrons in the magnetosphere are determined from the consideration of features of charged particle motion in the field of a magnetic dipole. In the framework of kinetic description the influence of electric fields on potential waves in the magnetosphere and the effect of an electromagnetic wave on the longitudinal oscillations of the near-Earth space plasma are investigated. Using quasihydrodynamic equations, the formation of irregularities of charged particle density in turbulent flow of weakly ionized gas in a magnetic field is considered for the conditions of Earth’s ionosphere. The spectrum of the irregularities is derived and analyzed in this work. The propagation of energetic charged particles in the heliosphere under conditions of their isotropic scattering by static inhomogeneities of the interplanetary magnetic field is considered on the basis of the Boltzmann kinetic equation. The features of particle distribution changes in time and space are analyzed for different cases of particle injection by a point source. Using the drift kinetic equation for description of high-speed particle propagation in a magnetic field with non-static large-scale inhomogeneities, it is proved that in such a case the pitch-angle diffusion of particles is non-zero in contrast with a static case.
Key words: charged particles, waves, magnetic field, space plasma.
АННОТАЦИЯ
Кызьюров Ю.В. Взаимодействие заряженных частиц с магнитными полями и волнами в космической плазме. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.03.03 –гелиофизика и физика солнечной системы. –Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, 1999.
Диссертация посвящена изучению взаимодействия заряженных частиц с магнитными полями и волнами в околоземной и межпланетной космической плазме. Исходя из записанного в криволинейных магнитных координатах дрейфового гамильтониана движения заряженных частиц в поле магнитного диполя, определены области локализации и знак продольного электрического поля, возникающего в бесстолкновительной магнитосферной плазме из-за различия анизотропии питч-углового распределения протонов и электронов. В рамках кинетического подхода исследовано влияние внешнего электростатического поля на потенциальные волны в бесстолкновительной магнитоактивной плазме (магнитосфера Земли), а также воздействие электромагнитной волны на свойства стокновительной плазмы, находящейся в однородном магнитном поле (для условий околоземной космической плазмы). На основе квазигидродинамических уравнений получено аналитическое выражение для спектральной плотности флуктуаций концентрации заряженных частиц в турбулентном потоке частично ионизованного газа в магнитном поле. Выполнен анализ зависимости интесивности таких плазменных неоднородностей и формы их пространственного спектра от параметров среды в случае нижней ионосферы Земли. Применительно к условиям гелиосферы рассматривается движение энергичных заряженных частиц солнечного происхождения в случайно-неоднородном магитном поле при изотропном рассеянии на неподвижных магнитных неоднородностях. Исследованы различные режимы инжекции частиц точечным источником: мгновенная с заданным направлением скорости, изотропная с конечным временем инжекции и мгновенная инжекция с заданным начальным питч-угловым распределением. Анализ пространственно-временной эволюции распределения быстрых частиц на основе решения кинетического уравнения Больцмана позволил объяснить наблюдаемое иногда заметное отличие временных профилей регистрируемых частиц от случая диффузионного распространения на ранних стадиях солнечного протоного события. Используя дрейфовое кинетическое уравнение для описания переноса быстрых частиц в магнитном поле с нестатическими крупномасштабными неоднородностями, показано, что в таком поле возникает диффузия по питч-углам, которой нет в статическом случае, что приводит к появлению анизотропной добавки в функции распределения частиц.
Ключевые слова: заряженные частицы, волны, магнитное поле, космическая плазма.