Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://solarwind.cosmos.ru/otchet2003.doc Дата изменения: Wed Feb 11 17:12:21 2004 Дата индексирования: Mon Oct 1 19:55:44 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: релятивистское движение

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК










«Солнечный ветер: генерация и взаимодействие с Землей и другими планетами»

ПРОГРАММА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОТДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК РАН
(ОФН-16)

ОТЧЕТ О РАБОТАХ 2003 ГОДА











Москва 2004 г.

| |УТВЕРЖДАЮ |
| |Академик-секретарь |
| |Отделения физических наук РАН |
| | |
| | |
| |академик А.Ф. АНДРЕЕВ |
| | |
| |« » |
| |2004 г. |




Программа фундаментальных исследований
Отделения физических наук РАН

«Солнечный ветер: генерация и взаимодействие с Землей и другими планетами »
(ОФН-16)


ОТЧЕТ О РАБОТАХ 2003 ГОДА



|Координатор программы |
| |
|Директор ИКИ РАН |
| |
|______________(член.-корр. Л.М. Зеленый) |
| |
|« » |
|2004 г. |














Введение

Предметом исследования программы Отделения Физических Наук РАН
«Солнечный ветер: генерация и взаимодействие с Землей и другими планетами»
(ОФН-16) являются разнообразные по временным и пространственным масштабам
объекты: корона Солнца, Солнечный ветер, плазменные оболочки Земли и других
планет. Все эти объекты логически связаны иерархией физических процессов,
описывающих передачу кинетической и электромагнитной энергии от Солнца к
Земле. В настоящее время в солнечно-земной физике накоплен значительный
наблюдательный материал, полученный, как на космических аппаратах, так и на
сети наземных обсерваторий. Большие успехи достигнуты в теоретических
исследованиях плазменно-волновых процессов в космической плазме и
существуют серьезные проработки лабораторного и компьютерного
моделирования.
Рассмотрение с единых позиций всего комплекса физических процессов
приводит к необходимости объединения усилий ученых, занимающихся изучением
каждого из вышеперечисленных направлений. Поэтому в программе принимает
участие большое количество ученых из 13 институтов Отделения физических
наук РАН (включая Кольский и Северокавказский Научные Центры) и Сибирского
Отделения РАН. В конце 2003 года к работам по программе подключились (с
независимым финансированием) ученые МГУ (НИИЯФ), РОСКОМГИРОМЕТа (ИПГ) и
Национальной академии наук Украины (НАНУ).

Направление 1:
«Солнечный ветер и его взаимодействие с магнитосферами планет»
Координаторы направления: А.В. Степанов (ГАО) и В.М. Богот (САО)

1.1. Проект:
«Динамика солнечной короны и формирование солнечного ветра»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ГАО - В.И. Макаров
САО - В.М. Богот
ИЗМИР - В.Н. Обридко

Основные научные результаты:

1. Проведен анализ секторной структуры межпланетного магнитного поля по
радионаблюдениям.
В данном разделе работы мы использовали высокочувствительные
радионаблюдения на РАТАН-600 на нескольких волнах дециметрового диапазона
длин волн для изучения аномалий гелиосферного токового слоя с целью поиска
проявлений секторной структуры в тепловом радиоизлучении. Для этого были
обработаны несколько периодов наблюдений залимбового радиоизлучения Солнца
и сопоставлены с параметрами солнечного ветра, полученными на спутнике АСЕ.
Для обработки больших массивов наблюдений было создано специальное
программное обеспечение.
Результаты исследований указывают о существовании значимой корреляции
между наблюдениями залимбового излучения солнечной плазмы в дециметровом
диапазоне волн и рекуррентных возмущений скорости солнечного ветра для
периодов невозмущенного Солнца. Предполагается проведение полномасштабной
работы с целью определения корреляций на большом массиве данных и
разработки методики предсказания. С другой стороны полученный результат
нуждается в проведении моделирования

2. Проведен анализ вертикальной магнитной структуры активной области по
поляризационным радионаблюдениям.
Для анализа открытых и закрытых структур магнитного поля в активной
области и тем самым определения ее возможного воздействия на структуру
солнечного ветра была разработана методика расчета высотной структуры
магнитного поля на основе многочастотных микроволновых поляризационных
наблюдений на РАТАН-600. Были созданы алгоритмы расчета высоты излучающего
слоя для определенной длины волны, учитывающие вращение Солнца на разных
широтах. Полученные первые оценки высот указывают на довольно низкие высоты
радиоизлучающих слоев около 700-800 км над фотосферой.
Дальнейшая работа будет заключаться в определении особенностей высотной
структуры в зависимости от активности активной области и поможет определить
открытость магнитных структуры во вспышечно-продуктивной активной области.

3. Исследования открытых магнитных структур на основе

радионаблюдений микровсплесков дециметрового диапазона.

На наличие открытых магнитных структур в вершинах магнитосфер активной
области указывает выделение энергии в виде микровсплесков, всплесков и
шумовых бурь, что является результатом процессов последовательностей
разрушения и восстановления продольного токового слоя и генерации
электромагнитных волн на плазменной частоте.

Наблюдения на РАТАН-600 обнаруживают такие микровсплески над вспышечно-
продуктивными активными областями, которые имеют длительность 1-2 сек с
периодом повторения 3-5 сек. Такие микровсплески появляются над активной
областью за 0.5 часа до мощной вспышки и исчезаются также через 0.5 часа.
Хотя известны случаи более длительного существования возбужденной
всплесковой структуры.

Данный результат важен для своевременной оценки состояния открытости
магнитной структуры активной области, что может быть важным для разработки
методики прогнозирования спорадического возмущения солнечного ветра

4. Определена смена знака фонового магнитного поля Солнца в низких l-модах
за последние 130 лет (1870-2001) на основе Н-альфа синоптических карт и
магнитографических наблюдений с 1976 года. Получена зависимость мощности
11-летнего цикла пятен от продолжительности процесса смены знака октополя
(l = 3).

Makarov V.I., Tlatov A.G., Sivaraman K.R. Solar Physics. 2003. v.214. P.41-
54.


5. По магнитограммам SOHO/MDI показано, что средние напряженности
магнитных полей в корональных дырах (КД) составляют 1-5 Гс. Яркость КД
растет с увеличением среднего магнитного поля и уменьшается с широтой.
Обнаружены кросс-полярные высокоширотные корональные дыры в линии
He10830A, которые можно интерпретировать как КД, возникающие на средних и
низких широтах, достигающие полюса и вновь опускающиеся к экватору в
другом долготном интервале.


6. Проведен анализ жесткого УФ излучения короны на длине волны 171А на
1.01R-1.2R в период 1996-2002 гг. Показано, что яркость короны на h>1.1R
имеет наибольшую величину в максимуме активности. Яркость внутренней
короны на h<1.05R имеет пониженную яркость в этот период.


7. Обработаны ежедневные наблюдения короны по данным телескопа SOHO/LASCO-
C2 на высотах 2.3(5.5R в период 1996-2003.5 гг. Показано, что в период
минимума наибольшая яркость наблюдается в экваториальной зоне. Максимум
яркости высокоширотной короны близок к периоду переполюсовки в 1999-2001
годах. В первой половине цикла наблюдается дрейф короны к полюсам. После
смены знака отмечается обратный дрейф короны от высоких широт к экватору.
Показано, что в период 1996-1999.5 корональные стримеры наклонены
преимущественно к экватору, тогда как после 1999.5 - к полюсам.
Нерадиальность достигает ~10-15o.
Обработаны ежедневные наблюдения белой короны (К-корона) на коронографе
поляриметре Mark-3 в период 1980-1999 гг. Обнаружено, что на расстояниях
h>1.5R преобладают дрейфы короны от полюсов к экватору. Дрейф начинается
после переполюсовки магнитного поля Солнца на высоких широтах. Показано,
что нейтральные линии среднеширотных зональных границ на Н-альфа картах
наиболее отчетливо видны в короне на высоте ~1.2R.

8. Проведено исследование степени геоэффективности солнечных вспышек в
зависимости от их пространственного распределения по поверхности Солнца.
Исходными данными служили интенсивности H-альфа вспышек, разделенные на
компоненты, соответствующие определенному баллу и пространственной
локализации вспышки - всего более 30 тысяч событий за период 1980-1998г.г.
Параметрами, определяющими уровень возмущённости космической погоды и
геомагнитной активности, служили величина скорости солнечного ветра и
индексы - aa, Kp, Dst.
В результате проведенных исследований было установлено, что интервал
запаздывания возмущений космической погоды по отношению ко вспышечным
событиям составляет в среднем двое суток. Оказалось, что не более трети
даже наиболее мощных вспышек (балла 3), оказывает существенное воздействие
на возмущения космической погоды. При этом значительная часть таких
геоэффективных вспышек происходит в гелиодолготном интервале вблизи
солнечного центрального меридиана ((30о).
Зависимости геоэффективности вспышек от их гелиоширотного распределения не
обнаружено.
Получены количественные соотношения, связывающие эти характеристики с
параметрами космической погоды.

9. При частичной поддержке Программы ОФН ? 16 создан новый электронный
информационный ресурс для изучения долговременной эволюции различных
компонент магнитного поля Солнца - ESAI (Extended time series of Solar
Activity Indices).

Эта база данных включает в себя оригинальные версии продленных по времени
рядов индексов солнечной активности (в базовых системах), характеризующих
из-менения экваториальной и полярной компонент поля, а также
пространственную локализацию.

База размещена на сервере Пулковской обсерватории:

( http://www.gao.spb.ru/database/esai/

и предназначена для использования в различных исследованиях солнечной
активности и солнечно-земных связей.




Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

V. M. Bogod, G. B. Gelfreikh, F. Ch. Drago, V. P. Maximov, A. Nindos, T.
I.Kaltman, B.I.Ryabov, S. Kh. Tokhchukova: Analysis of polarized microwave
emission of Flare-Productive Active Region 9415, 2003, astro-ph/0309444,
http://lanl.arxiv.org/abs/astro-ph/?astro-ph%2F0309444

V.M.Bogod, S.Kh.Tokhchukova: Peculiarities of the Microwave Emission from
Active Regions Generating Intense Solar Flares, Astronomy Letter, 2003,
vol. 29, p.263-273

L.V. Yasnov , V.M., Bogod, Q ., Fu, Y.,Yan, A study of nonthermal radio
emission features using fine spectral BAO and high sensitivity RATAN
observations of the solar active region, Solar Physics, 2003, 215, 34-356.

Makarov V.I., Tlatov A.G., Sivaraman K.R. Solar Physics. 2003. v.214. P.41-
54.


Васильева В.В., Макаров В.И., Тлатов А.Г., Условия возникновения
кроссполярных корональных дыр, руды конф."Климатические и экологические
аспекты солнечной активности", c.59. С.Петербург, 2003.

Тлатов А.Г., Тавастшерна К.С., Свойства корональных дыр в 23-м цикле
активности.
Труды конф. ''Климатические и экологические аспекты солнечной активности",
c. 447-452, 2003

А. G. Tlatov . Tlatov A.G., The dark areas in He 18830е and their relation
with other effects of the solar activity: 2003, Solar Physics, v. 216, p.
21-26.

А.Г.Тлатов. Темные области в линии He 10830A и их связь с другими
проявлениями солнечной активности. Труды конф. "Солнце и космическая
погода", КрАО, 2003.

Тлатов А.Г., Макаров В.И., Изменение яркости короны с высотой по данным
наблюдений SOHO/EIT-171A в 1996-2002, Журн. Известия КРАО, 2003.

Ким Гун-Дер, Макаров В.И., Тлатов А.Г., Изменения яркости и нерадиальности
корональных лучей по данным SOHO/LASCO-C2, Труды конф. ''Климатические и
экологические аспекты солнечной активности", c. 231-234.С.Петербург, 2003.

Милецкий Е.В., Иванов В.Г.Пространственно-временные факторы
геоэффективности солнечных вспышек. // Тезисы докладов международной
конференции "Климатические и экологические аспекты солнечной активности".
Пулково. 7-11 июля 2003 г.




1.2. Проект:
«Исследование корональных дыр как источников солнечного ветра»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
САО - А.Н. Коржавин
ГАО - В.Н. Боровик
ИЗМИР - В.Н. Обридко
ФИ - И.А. Житник

Основные научные результаты:

1. По материалам архива многолетних наблюдений Солнца на радиотелескопах
БПР и РАТАН-600 составлен каталог наблюдавшихся в периоды минимумов
солнечной активности 1984-1987 г.г. и 1995-1997 г.г. корональных дыр (КД)
и соответствующих геофизических индексов для дальнейшего изучения
геоэффективности корональных дыр и их влияния на земную магнитосферу,
изучения параметров атмосферы КД, исследования топологии магнитного поля
в КД и условий формирования высокоскоростных потоков солнечного ветра.
Проводился анализ результатов текущих наблюдений Солнца в широком
диапазоне волн (2-30см) на радиотелескопах БПР и РАТАН-600.

На основе усредненных спектров яркостных температур КД и спокойного Солнца
с учетом данных наблюдений в УФ- и рентгеновском диапазонах и результатов
наблюдений белой короны были построены по единой методике согласованные
эмпирические однородные модели верхних слоев атмосфер КД и спокойного
Солнца. Основные различия атмосфер КД и спокойного Солнца выразились в
различии градиентов температур (примерно в 1.7 раза при температурах более
10^5 К) и различии плотностей (примерно в 2 раза) в основании короны, при
этом плотность в КД на высоте 7-10 тыс. км оказалась равной 2х10^8 cм ^-3.

На основе впервые в мире зарегистрированной на РАТАН-600 слабой круговой
поляризации (доли процента на волнах от 8 до 30 см) микроволнового
излучения КД была оценена продольная компонента магнитного поля в КД,
достигающая 7-10 Гс на уровне генерации радиоизлучения на волнах 20-30 см.
По наблюдениям имеет место регулярное возрастание продольной компоненты
магнитного поля в КД от уровня фотосферы (0.2 Гс по Стенфордским
измерениям) до высот 10-40 тыс км. (соответственно от 2 до 10 Гс на уровнях
генерации излучения на волнах от 8 до 30 см). Это свидетельствует о сложной
топологии магнитного поля в КД - переходе от квази хаотической ориентации
магнитных силовых линий на уровне фотосферы к квази регулярной радиальной
ориентации этих линий на соответствующих высотах в КД. Такая регуляризация
магнитного поля в КД может быть связана с влиянием на него формирующихся
потоков солнечного ветра в КД, а это возможно только, если кинетическая
энергия струйных течений приближается к энергии магнитного поля в
рассматриваемой области. Полагая здесь равенство H^2/8pi=ro*v^2/2 при H=10
Гс и ro=Mp*Ne при Ne=10^8 cm^-3 получаем v=1000 км/сек. Этот результат
говорит о принципиальной возможности формирования высокоскоростных потоков
солнечного ветра на этих высотах в КД. Поставлена задача построения
обновленной (не гидростатической) модели КД (распределения с высотой Ne, Te
и v) по имеющимся надежным данным о спектрах Tb в диапазоне 2-30см и в
предположении о направленных вверх потоках вещества со скоростями от v=0 на
уровне фотосферы до v=1000км/сек на высотах генерации излучения КД на
волнах 20-30 см.

2. Разработана новая методика наблюдений слабых залимбовых образований
(проявлений корональных выбросов массы, корональных лучей и др.) и
проведено более 100 наблюдений по этой методике на БПР. Результаты
наблюдений обрабатываются.

Сущность методики заключается в регистрации фоновых излучений в течение 15-
ти мин. времени до и после кульминации Солнца, т.е. его прохождения через
диаграмму направленности радиотелескопа БПР. Ожидаемые сигналы от
залимбовых образований по антенной температуре от долей К до сотни К, а их
размеры сравнимы или больше диска Солнца, что не требует высокой
разрешающей способности радиотелескопа. В случае успеха
радиоастрономические данные позволят сделать независимую оценку, например,
массы для явлений типа корональных выбросов массы. Трудность заключается в
том, что искомое событие должно произойти именно в соответствующий момент
наблюдений на БПР, который является пассажным инструментом. Вероятность
таких наблюдений возрастает с увеличением длины ряда наблюдений. Другой
трудностью является то, что возможно появление паразитных сигналов через
далекие боковые лепестки от мощных вспышек, являющихся в ряде случаев
родительскими по отношению к явлению коронального выброса массы.
Предварительный анализ сделанных наблюдений выявил пока именно такой
случай. Можно надеяться, однако, что в дальнейшем удастся получить
ожидаемые положительные результаты.

3. Сопоставление результатов радио наблюдений Солнца с наблюдениями со
спутников и на Земле для определения геоэффективности корональных дыр и
их влияния на земную магнитосферу. За период с декабря 1995г по декабрь
1996г на диске Солнца было зарегистрировано 25 изолированных
экваториальных корональных дыр по данным наблюдений Солнца в обсерватории
Кит Пик на волне НеII10830A. Отмечено, что прохождение через центральный
меридиан 24 корональных дыр сопровождалось геомагнитными возмущениями
(увеличением Кр индекса). В настоящее время продолжается работа по
сопоставлению радиохарактеристик исследованных корональных дыр в
микроволновом диапазоне по наблюдениям на РАТАН-600 и определению их
геоэффективности

Показано, что высокотемпературные корональные образования, наблюдаемые на
спутнике КОРОНАС-Ф/СПИРИТ, отождествляются с постэруптивными аркадами.
Продольная составляющая магнитного поля в постэруптивной аркаде 23 ноября
2000г составила по данным радионаблюдений не менее 85 Гс на высоте примерно
20 тыс. км. Экстраполяция в потенциальном приближении дала величину 75 Гс.
Параметры плазмы в постэруптивной аркаде - плотность 3 10^9 cm^-3,
температура (3-4) МК и параметр «бета» не более 0.2. Продольная
составляющая магнитного поля в аркаде после выброса 22 октября 2001г
составила не менее 25 Гс на высоте около 100 тыс. км. Параметры плазмы в
этой аркаде: плотность 10^10 cm^-3 и температура 6МК, параметр «бета» менее
0.6. Сделан вывод о том, что длительное существование высоко в короне
постэруптивных аркад предполагает наличие продолжительного энерговыделения
и накачки плотности высоко в короне, что может обеспечиваться процессами
медленного пересоединения. Этот вывод оказывается справедливым не только
при высоких, но и при низких значениях «бета».

Исследовались физические условия и топология магнитного поля в ряде
вспышечно-активных областей (NOAA 9236 - ноябрь 2000г, NOAA 9591 - август-
сентябрь 2001г и др.) на основе анализа результатов наблюдений Солнца в
микроволновом диапазоне на РАТАН-600 с анализом круговой поляризации, с
учетом данных наблюдений на других крупных радиоастрономических
инструментах и данных наблюдений Солнца в оптическом, рентгеновском и УФ-
диапазонах в наземных обсерваториях и с помощью космических спутников.
Сопоставление наблюдений области NOAA 9591 в микроволновом и рентгеновском
диапазонах показало, что область излучения можно представить в виде сильно
вытянутой петли, вершина которой по своей форме напоминает cusp-уярчение.
Обнаружено излучение с высокой степенью поляризации (15-20%) на большом
удалении от фотосферы - порядка 100 тыс км. Сделан вывод об открытом
магнитном поле в вершине петли.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

1 В.Н.Боровик, А.Н.Коржавин. Топология магнитного поля в корональных дырах
и проблема генерации солнечного ветра. Крымская конференция памяти
академика А.Б.Северного "Солнце и космическая погода", 9-14 июня 2003 г.,
Научный, Крым, Украина.

2.Б.И.Рябов, А.Н.Коржавин, Т.И.Кальтман, Н.Г.Петерова, Б.В.Агалаков,
Т.П.Борисевич. Корональное магнитное поле «cusp-shaped» петли по
наблюдениям на микроволнах. Актуальные проблемы физики солнечной и звездной
активности. Конференция стран СНГ и Прибалтики, Нижний Новгород, 2-7 июня
2003 г., сборник докладов, с. 54-57.

3.В.В.Гречнев, В.Н.Боровик, Г.Б.Гельфрейх, И.Ю.Григорьева, И.А.Житник,
В.Г.Занданов, А.Н.Коржавин, С.В.Кузин, А.А.Перцов, Г.В.Руденко,
В.А.Слемзин, А.М.Уралов. Магнитные поля в постэруптивных аркадах. Магнитные
поля и трехмерная структура солнечной атмосферы. Всероссийская конференция
памяти член-корр. РАН В.Е.Степанова. Иркутск, 25-29 августа 2003 г.,
сборник докладов, в печати.

4.Б.В.Агалаков, Т.П.Борисевич, Н.Г.Петерова, Б.И.Рябов. Исследования
солнечной короны над активной областью NOAA 9591 по наблюдениям на
микроволнах. Магнитные поля и трехмерная структура солнечной атмосферы.
Всероссийская конференция памяти член-корр. РАН В.Е.Степанова. Иркутск, 25-
29 августа 2003 г., сборник докладов, в печати.


1.3. Проект:
«Изучение источников возмущений солнечного ветра в широком диапазоне
электромагнитных излучений»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИПФ - В.В. Зайцев
САО - В.М. Богот
ГАО - В.М. Степанов
ИЗМИР - В.В. Фомичев
ФИ - И.А. Житник

Основные научные результаты:

1. Данные, полученные с помощью SOHO и TRACE, свидетельствуют о том, что
нагрев корональной плазмы наиболее активно происходит в магнитных петлях,
выходящих из полутени солнечных пятен, причем источник нагрева неоднороден
по высоте и имеет максимальную мощность вблизи оснований магнитных петель.
Было обнаружено, что эти петли имеют почти однородную температуру на
протяжении нескольких шкал высоты. Малые градиенты температуры приводят к
тому, что радиационные потери не могут быть скомпенсированы электронной
теплопроводностью, поэтому источник нагрева по всей длине петли должен быть
в балансе с радиационными потерями, обеспечивая квазистационарность петли,
по крайней мере, в течение нескольких часов, как это следует из наблюдений.
Поскольку радиационные потери из петли пропорциональны квадрату электронной
концентрации, мы получаем следующее важное условие, которому должен
удовлетворять источник нагрева: мощность нагрева должна экспоненциально
уменьшаться с высотой в короне, причем соответствующая шкала высоты должна
быть приблизительно вдвое меньше шкалы высоты для концентрации плазмы.
Кроме того, данные наблюдений выявили квадратичную зависимость мощности
нагрева от давления плазмы внутри магнитной трубки. Таким образом, проблема
нагрева корональных магнитных петель заключается в отыскании такого
механизма нагрева, который бы компенсировал мощные оптические потери из
петли и удовлетворял упомянутым выше свойствам. В ходе выполнения работы
было показано, что данными свойствами обладает механизм нагрева,
обусловленный диссипацией диамагнитных токов в магнитной петле за счет
ионно атомных столкновений. Неполную ионизацию с относительным содержанием
нейтралов порядка 10-5 при корональных температурах обеспечивает гелий, у
которого более высокий, чем у водорода, потенциал ионизации и для которого,
в отличие от водорода, отсутствует запрет на диэлектронную рекомбинацию.
Указанная диссипация диамагнитных токов в условиях короны оказывается на 8
порядков более эффективной по сравнению с обычной джоулевой диссипацией,
что обеспечивает необходимую скорость нагрева. С учетом указанных
обстоятельств мы вычислили функцию нагрева плазмы в корональной петле, т.е.
скорость диссипации диамагнитных токов с учетом зависимости от высоты
парциального давления гелия. Проведено сравнение полученных результатов с
наблюдательными данными.

2. Обобщены результаты регулярных многоволновых наблюдений корональных дыр
и соседних с ними областей спокойного Солнца в двух фазах минимума
солнечной активности (1984-1987гг и 1995-1997гг) на радиотелескопе РАТАН-
600 с умеренным пространственным разрешением с анализом круговой
поляризации. Получены типичные спектры яркостных температур корональных дыр
(КД), контрастов их яркости и областей спокойного Солнца в широком
микроволновом диапазоне (2-32 см); исследованы радиоразмеры КД в см-дм-
диапазоне волн. Построены эмпирические однородные модели атмосфер КД и
спокойного Солнца. Выявлены лимбовые эффекты, связанные с восходом или
заходом КД, в диапазоне волн 8-30 см, которые могут быть использованы для
разработки методов прогноза прохождения КД по диску Солнца и геоэффективных
явлений, связанных с высокоскоростными потоками солнечного ветра.
Установлено, что прохождение 24 экваториальных изолированных корональных
дыр, (из 25 зарегистрированных в линии HeII 10830 А и наблюдавшихся на
РАТАН-600 в период глубокого минимума активности Солнца в 1995-1996гг,
сопровождалось геомагнитными возмущениями (увеличением Кр индекса).

3. На основе впервые зарегистрированной на РАТАН-600 круговой поляризации
микроволнового излучения КД оценена продольная компонента коронального
магнитного поля в КД, которая составила 7-10 Гс на уровне 20-30 тыс. км.
Показана принципиальная возможность формирования высокоскоростных потоков
солнечного ветра на этих высотах в КД.

4. На основе совместного анализа данных в различных диапазонах солнечного
излучения прослежена начальная стадия образования коронального выброса
массы (СМЕ) во время события 23 ноября 2003г. Всплытие нового магнитного
потока привело к вспышке, которая явилась тригерром эрупции волокна,
приведшей к СМЕ. Наблюдавшаяся достаточно высокая скорость СМЕ(500-600)
при низком балле вспышки С5.4 позволила предположить, что в данном событии
большая часть энергии, выделившейся при перестройке магнитной структуры,
затратилась на ускорение выброса, и лишь малая ее часть выделилась в виде
вспышки. Подтверждено, что по сравнению с нетепловыми вспышками источники
микроволнового излучения в тепловых вспышках имеют большую протяженность и
более сложную пространственную структуру.

5. Исследованы физические параметры и магнитные поля в постэруптивных
аркадах в событиях СМЕ 23 ноября 2000г и 22 октября 2001г на основе
комплексных наблюдений Солнца в различных диапазонах. Высокотемпературные
корональные образования, наблюдаемые на комплексе СПИРИТ (КОРОНАС-Ф),
отождествляются с постэруптивными аркадами. Продольная составляющая
магнитного поля в постэруптивной аркаде 23.11.00 составила более 100 Гс на
высоте 20 тыс.км. Экстраполяция в потенциальном приближении дает величину
75Гс. Параметры плазмы: плотность 3х10^(9)см^(-3) и температура 3.5-4МК.
В постэруптивной аркаде в событии 22.10.01 магнитное поле составляет более
75 Гс на высоте 100 тыс км, плотность плазмы (5-9)х10^(9)cм^(-3) и
температура 6МК.
(отмечено как достижение секции "Солнца" от ГАО за 2003г)

6. Исследована модуляция нетеплового гиросинхротронного излучения солнечных
вспышек балонными и радиальными колебаниями корональных петель. Проведен
сравнительный анализ затухания быстрых магнитозвуковых мод. Предложены
новые методы диагностики плазмы вспышечных петель, позволяющие по
особенностям пульсаций микроволнового излучения оценивать ее основные
параметры. По данным наблюдений Солнца на радиогелиографе в Нобеяма на 17 и
34 ГГц с использованием разработанной методики оценены параметры вспышечной
плазмы для событий 8.05.98 и 28.08.99: концентрация частиц n=1.5 10^11 см^-
3, температура Т=3.10^7К и величина магнитного поля (250=280) Гс.
Результаты наблюдений мягкого рентгеновского излучения согласуются с
принятой моделью.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

Zaitsev V.V., Shibasaki K. Cowling dissipation of diamagnetic currents as
possible mechanism of coronal heating. Astron. Astrophys., 2003 submited

Зайцев В. В., Кисляков А. Г., Урпо С. О пяти-минутной модуляции в
микроволновых всплесках Солнца. Труды международной конференции «Актуальные
проблемы физики солнечной и звездной активности. Нижний Новгород, 2-7 июня
2003 г., т. 2, с. 379-382.

В. Н. Боровик, , Лившиц М. А., Григорьева И. Ю., Медарь В. Г., Чернетский
В.А. Эволюция группы NOAA 9236 и вспышечное энерговыделение по данным РАТАН-
600 Сборник докладов Конференции стран СНГ и Прибалтики "Актуальные
проблемы физики солнечной и звездной активности", 2-7 июня, 2003,
Н.Новгород, сc.63-66

Гречнев В. В., Занданов В. Г., Максимов В. П., Боровик В. Н., Гельфрейх Г.
Б., Григорьева И. Ю., Медарь В. Г. Наблюдения солнечных явлений, связанных
с корональным выбросом массы, в широком спектральном диапазоне. Сборник
докладов Конференции стран СНГ и Прибалтики "Актуальные проблемы физики
солнечной и звездной активности", 2-7 июня, 2003, Н.Новгород, сс.409-411

Максимов В. П., Гречнев В.В., Боровик В. Н., Григорьева И. Ю. Эволюция
вспышечно-активной группы пятен (NOAA 9236, ноябрь 2000 г.) по наблюдениям
в микроволновом диапазоне на ССРТ, НоРГ и РАТАН-600, Сборник докладов
Конференции стран СНГ и Прибалтики "Актуальные проблемы физики солнечной и
звездной активности", 2-7 июня, 2003, Н.Новгород, сс.124-127

Ю.Г.Копылова, А.В.Степанов Колебания балонной моды и диагностика плазмы
корональных петель. Сборник докладов конференции " Актуальные проблемы
физики солнечной и звездной активности", 2-7 июня, 2003, Н.Новгород,
сс.285-287.

Ю.Г.Копылова, В.Ф.Мельников, А.В.Степанов, Ю.Т.Цап, К.Шибасаки,
Г.Б.Гольдварг. Модуляция гиросинхротронного излучения в событии 28.08.99.
Сборник докладов конференции " Актуальные проблемы физики солнечной и
звездной активности", 2-7 июня, 2003, Н.Новгород, сс.288-291.

Б.И.Рябов, А.Н.Коржавин, Т.И.Кальтман, Н.Г.Петерова, Б.В.Агалаков,
Т.П.Борисевич, Корональное магнтное поле "cusp-shaped" петли по
наблюдениям на микроволнах. Сборник докладов конференции " Актуальные
проблемы физики солнечной и звездной активности", 2-7 июня, 2003,
Н.Новгород, сс.54-57

А.В.Степанов, Ю.Г.Копылова, Ю.Т.Цап, К.Шибасаки, В.Ф.Мельников,
Т.Б.Голбдварг. Пульсации микроволнового излучения и диагностика вспышечной
плазмы. (Сдано в ПАЖ)

V.V.Grechnev, V.G.Zandanov, V.P.Maksimov, A.M.Uralov, V.N.Borovik,
V.G.Medar, A.N.Korzhavin. Observations of CME-related phenomena in wide
spectral range. International Journal of Geomagnetizm and Aeronomy, .(сдано
в печать)
Г.Б.Гельфрейх, Результаты и проблемы магнитных полей в хромосфере и короне
Солнца на основе радионаблюдений. "Солнечно-земная физика", ИСЗФ, Сборник
трудов конференции Магнитные поля и трехмерная структура солнечной
атмосферы", Иркутск, 25-29 августа, 2003г (сдано в печать)
.
Гречнев В.В., Боровик В.Н., Гельфрейх Г.Б., Григорьева И.Ю., Житник И.А.,
Занданов В.Г., Коржавин А.Н., Кузин С.В., Перцов А.А., Руденко Г.В.,
Слемзин В.А., Уралов А.М. Магнитные поля в постэруптивных аркадах.
"Солнечно-земная физика", ИСЗФ, Сборник трудов конференции Магнитные поля
и трехмерная структура солнечной атмосферы", Иркутск, 25-29 августа, 2003г
(сдано в печать).

Доклады:
1. Конференция памяти академика А.Б.Северного "Солнце и космическая
погода", Научный, КрАО, 9-14 июня, 2003г
Боровик В.Н., Григорьева И.Ю., Лившиц М.А., Чернетский В.А. Наблюдения
активной области на РАТАН-600 непосредственно перед и после вспышки 25
ноября 2000г.
: Боровик В.Н., Коржавин А.Н. Топология магнитного поля в корональных дырах
по радионаблюдениям и проблема генерации быстрого солнечного ветра.

2. Конференция странг СНГ и Прибалтики " Актуальные проблемы физики
солнечной и звездной активности". Нижний Новгород, 2-7 июня,2003г.
Боровик В. Н., Лившиц М. А., Григорьева И. Ю., Медарь В. Г., Чернетский
В.А. эволюция группы NOAA 9236 и вспышечное энерговыделение
по данным РАТАН-600
Гречнев В. В., Занданов В. Г., Максимов В. П., Боровик В. Н., Гельфрейх Г.
Б., Григорьева И. Ю., Медарь В. Г. Наблюдения солнечных явлений, связанных
с корональным выбросом массы, в широком спектральном диапазоне
Максимов В.П., Гречнев В.В., Боровик В. Н., Григорьева И. Ю. "Эволюция
вспышечно-активной группы пятен (NOAA 9236, ноябрь 2000 г.)
по наблюдениям в микроволновом диапазоне на ССРТ, НоРГ и РАТАН-600"
Ю.Г.Копылова, А.В.Степанов Колебания балонной моды и диагностика плазмы
корональных петель. Сборник докладов конференции " Актуальные проблемы
физики солнечной и звездной активности", 2-7 июня, 2003, Н.Новгород.
Ю.Г.Копылова, В.Ф.Мельников, А.В.Степанов, Ю.Т.Цап, К.Шибасаки,
.Б.Гольдварг. Модуляция гиросинхротронного излучения в событии 28.08.99.
Сборник докладов конференции " Актуальные проблемы физики солнечной и
звездной активности", 2-7 июня, 2003, Н.Новгород.
Б.И.Рябов, А.Н.Коржавин, Т.И.Кальтман, Н.Г.Петерова, Б.В.Агалаков,
Т.П.Борисевич
Корональное магнтное поле "cusp-shaped" петли по наблюдениям на
микроволнах.

3. VII Пулковская международная конференция по физике Солнца
"Климатические и экологические аспекты солнечной активности", 7-11 июля
2003 г
Гречнев В.В., Занданов В.Г., Максимов В.П., Боровик В.Н., Гельфрейх Г.Б.,
Григорьева В.Г., Медарь В.Г. Наблюдения СМЕ и связанных с ними
явлений в широком спектральном диапазоне.


Направление 2:
«Солнечный ветер и его взаимодействие с магнитосферами планет»
Координатор направления Ю.И. Ермолаев (ИКИ)
2.1. Проект:
«Связь явлений в солнечном ветре со структурой и динамикой солнечной
короны»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИРЭ - А.И. Ефимов
ИКИ - Ю.И. Ермолаев
ПРАО ФИ - И.В. Чашей
ИЗМИР - В.В. Фомичев
ИСЗФ - В.Г. Еселевич

Основные научные результаты:

. Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра и их сопоставление с
явлениями солнечной короны.

За период 1976 - 2000 гг. составлены сравнительные таблицы (базы данных)
геомагнитных возмущений, наблюдаемых по Dst - вариациям и Kp - индексу,
сильных солнечных вспышек (класса М5 и выше), событий в солнечном ветре
(магнитные облака, коротирующие области взаимодействия быстрого и
медленного потоков солнечного ветра, ударные волны). Проводится
корреляционный анализ данных.

. Исследование режимов турбулентности солнечного ветра по данным
радиопросвечивания.

На основе экспериментальных данных, полученных при радиозондировании
околосолнечной плазмы когерентными сигналами космических аппаратов ULYSSES
и GALILEO проведено исследование режимов течения и режимов турбулентности
плазмы для недоступных для прямых измерений областей формирования
солнечного ветра (гелиоцентрические расстояния 4.10 радиусов Солнца Rs),
ускорения (11.40 Rs) и начального участка установившегося сверхзвукового
потока (40.90 Rs). Получены следующие результаты:
а) В случае низкой солнечной активности скорость низкоширотного
солнечного ветра (1995-1996 г.г.) составляет 80.100 км/с в области
формирования (гелиоцентрические расстояния менее 10 радиусов Rs),
приобретает наибольшее приращение (от 100 до 380 км/с) в интервале от 11
до 40 Rs и стабилизируется на уровне (400 км/с на дистанциях 50-80 Rs.
Спектральный индекс временных спектров турбулентности имеет особенность
только в области малых (менее 10 Rs) расстояний, где его значения заметно
меньше (0.3.0.4) по сравнению с областями ускорения и установившегося
течения. Несмотря на большие вариации, можно считать, что среднее
значение спектрального индекса на дистанциях более 15 Rs близко к
величине, соответствующей спектру Колмогорова-Обухова (2/3). Внешний
масштаб турбулентности возрастает с удалением от Солнца примерно по
степенному закону, показатель которого близок к величине 0.9, а
характерные значения составляют 0.7(106 км ((1 радиус Солнца Rs) и 7(106
км ((10 Rs) на дистанции 80 солнечных радиусов.
б) Радиальный профиль скорости солнечного ветра, соответствующий
максимуму солнечной активности 1991 г., в значительной степени повторяет
радиальную зависимость скорости для низкого уровня активности 1995/1996
г. Так, например, скорость 200 км/с в случае высокой активности
достигается при удалении от Солнца на расстояние 14 Rs, а для низкой
активности эта дистанция составляет 14.5 Rs. Стабилизация скорости
движения происходит также на близких расстояниях и приблизительно
одинаковом уровне (около 380 км/с). Существенно отличными являются
радиальные зависимости спектрального индекса. В случае высокой солнечной
активности отклонение от развитой турбулентности (спектральный индекс
близок к 2/3) наступает при больших удалениях от Солнца (соответственно
12 Rs и 8 Rs). Третья характеристика - внешний масштаб турбулентности в
случае высокой активности ведет себя также как и при низкой активности.
в) Зондирование высокоширотных областей сигналами космического аппарата
ULYSSES дало сильно отличающиеся от первых двух случаев результаты. Во-
первых, скорость солнечного ветра на широтах выше 60( имеет значения в 2-
4 раза выше, чем значения, ожидаемые при той же активности Солнца на
низких широтах. Во-вторых, уже на широтах 60( и выше проявляется
изменение режима турбулентности. С увеличением гелиошироты спектральный
индекс уменьшается от 2/3 (развитая турбулентность) до 0.25.0.32.
Наконец, значения внешнего масштаба турбулентности для высокоширотных и
полярных районов в 2-3 раза превосходят аналогичные характеристики для
низкоширотных областей гелиосферы.
На настоящем этапе исследования можно сделать предварительный вывод, что
солнечная активность более сильно влияет на формирование солнечного ветра в
области высоких и полярных широт. Чтобы сделать более определенный вывод,
представляется целесообразным провести подобные исследования физических
характеристик солнечного ветра и при других фазах солнечной активности: ее
минимуме, различных участках восходящей ветви, разных участках спадающей
ветви.
г) Данные о мерцаниях радиоисточников на неоднородностях концентрации
локального слоя межзвездной среды использованы для оценки уровня
турбулентности в области между фронтом ударной волны, связанной с
движением Солнца относительно межзвездной плазмы, и гелиопаузой.
Показано, что коэффициент трансформации для альвеновских волн на слабой
внешней ударной волне оказывается примерно на порядок выше, чем для
магнитного звука, и, следовательно, низкочастотная МГД - турбулентность
за фронтом будет преимущественно альвеновской. При этом угловое
распределение альвеновских волн оказывается существенно анизотропным с
преобладанием волн, распространяющихся в сторону ударного фронта.
Исследована релаксация распределения протонов, образованных при
перезарядке атомов водорода межзвездной среды с протонами переходной
области, при их взаимодействии с альвеновской турбулентностью в
переходной области. В качестве основных процессов релаксации рассмотрены
диффузия энергии протонов за счет резонансного квазилинейного
взаимодействия со встречными альвеновскими волнами и диффузия энергии за
счет нелинейного индуцированного рассеяния на альвеновских волнах.
Полученные оценки показывают, что характерное значение квазилинейного
коэффициента диффузии Dql не превышает характерного коэффициента
нелинейной диффузии Dnl , Dql ( Dnl . Если же циклотронное поглощение
резонансных альвеновских волн будет существенным, то диффузия в основном
будет обусловлена нелинейным рассеянием.

. Фрактальная структура гелиосферного плазменного слоя на орбите Земли.

а) На основании анализа изображений белой короны, полученных с помощью
инструмента LASCO-C2/SOHO, показано, что в отсутствие корональных
выбросов массы (СМЕ) пояс стримеров представляет собой последовательность
пар лучей повышенной яркости. Яркости лучей в каждой паре, в общем
случае, могут различаться, направление магнитного поля в них
противоположное. Угловые размеры и относительные изменения концентрации
пояса стримеров в его продолжении в гелиосферу - гелиосферном плазменном
слое (ГПС) - сохраняются, практически, на всем протяжении от Солнца до
орбиты Земли.
б) Анализ данных космических аппаратов Wind, IMP-8 показал, что
медленный солнечный ветер, текущий в гелиосферном плазменном слое,
представляет собой набор магнитных трубок с плазмой повышенной плотности
(N > 10 см-3 на орбите Земли). Они обладают тонкой структурой на
нескольких пространственных масштабах (фрактальностью), начиная с ( 2о-
3о [на орбите Земли это эквивалентно 3.6 -5.4 часа или (5.4 - 8.0)*106
км.] и кончая минимальным ( 0.025о, т.е. угловой размер вложенных в друг
друга трубок меняется почти на два порядка. Магнитные трубки на каждом
наблюдаемом пространственном масштабе диамагнитны, т.е. по их поверхности
течет диамагнитный (или дрейфовый) ток, уменьшающий магнитное поле внутри
трубки и увеличивающий его вне нее. При этом величина (= 8([N(Te +
Tp)]/B2 внутри трубки превышает значение ( вне ее. Во многих случаях
полное давление Р = N(Te + Tp) + B2/8( практически постоянно в трубках и
вне их на любом из указанных выше масштабов.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

Арманд Н.А., А.И.Ефимов, Л.Н. Самознаев и др., Спектры и кросс-корреляция
флуктуаций частоты радиоволн при зондировании околосолнечной плазмы
сигналами космических аппаратов, Радиотехника и электроника, 48(9),
1058(1070, 2003.
Еселевич В.Г., М.В. Еселевич, Лучевая структура пояса корональных стримеров
и ее проявление в виде фрактальной структуры солнечного ветра на орбите
Земли, Тезисы докладов Всероссийской конференции, посвященной 90-летию со
дня рождения чл.-корр. РАН В. Е. Степанова "Магнитные поля и трехмерная
структура солнечной атмосферы", Иркутск, 25-29 август 2003, с.30.
Ефимов А.И., Л.Н. Самознаев, Усиление флуктуаций радиоволн при двукратном
распространении в околосолнечной плазме, Радиотехника, 11, 35-40, 2003.
Чашей И.В., А.И. Ефимов, М.К. Берд, Внешний масштаб турбулентности
солнечного ветра, доклад на конференции «Актуальные проблемы физики
солнечной и звездной активности», Н.Новгород, 2-7 июня 2003 г.
Eselevich M.V. and V.G. Eselevich, Fractal structure of the heliospheric
plasma sheet at the Earth's orbit, submitted to ., 2003.
Efimov A.I., M.K. Bird, I.V.C hashei, L.N. Samoznaev, Outer scale of solar
wind turbulence deduced from two(way coronal sounding experiments, Adv.
Space Res., 2003, (in press).
Efimov A.I., M.K. Bird, I.V. Chashei, L.N. Samoznaev, Simultaneous
observations of radio wave frequency and intensity fluctuations for
estimates of solar wind speed, Adv. Space Res., 2003, (in press).
Yermolaev, Yu.I., M.Yu. Yermolaev, A.A. Petrukovich, G.N. Zastenker, L.M.
Zelenyi, J.-A. Sauvaud, Statistic study of geomagnetic storm dependencies
on solar and interplanetary events during 1976-2000, International
Journal of Geomagnetism and Aeronomy, in press (Proc. of Galperin's
conference), 2003.
Yermolaev, Yu.I., M.Yu. Yermolaev, G.N. Zastenker, L.M. Zelenyi, J.-A.
Sauvaud, Geomagnetic storm dependences on solar and interplanetary
events: Statistic study for two solar cycles (1976-2000), submitted to
Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2003.
Yermolaev, Yu. I., Comment on "Source regions and storm effectiveness of
frontside full halo coronal mass ejections" by X. P. Zhao and D. F. Webb,
J. .Geophys. Res., 2003, (in press).
Yermolaev, Yu. I., M. Yu. Yermolaev, G. N. Zastenker, L. M. Zelenyi, A. A.
Petrukovich, J.-A. Sauvaud, Statistic Study of Geomagnetic Storm
Dependences on Solar and Interplanetary Events, submitted to Planet.
Space Sci. (Proc. of Prague conference), 2003.

2.2. Проект:
«Исследование вариаций физических параметров солнечного ветра»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИКИ - Г.Н. Застенкер
ГАО - С.А. Гриб
ИЗМИР - К.Г. Иванов
СПбФ ИЗМИРАН - О.М. Распопов

Основные научные результаты:

. Изучение взаимосвязи параметров межпланетного магнитного поля и плазмы
солнечного ветра

По данным спутника WIND была исследована статистическая зависимость
теплового, магнитного, полного и динамического давления солнечного ветра, а
также южной компоненты межпланетного магнитного поля от скорости солнечного
ветра в фазе максимума (2000 год) и вблизи от минимума (1995 год)
одиннадцатилетнего цикла солнечной активности. Существенной корреляции
теплового, магнитного и полного давления, а также южной компоненты
межпланетного магнитного поля со скоростью солнечного ветра не обнаружено.
В период минимума солнечной активности отсутствует и сильная корреляция
между динамическим давлением и скоростью солнечного ветра.
. Определение термодинамического состояния (политропного индекса) плазмы
солнечного ветра.

Определены политропные индексы для протонной и электронной компоненты, а
также для всего солнечного ветра, в периоды минимума и максимума солнечной
активности. Показано, что все индексы оказываются меньше единицы; при этом
в год максимума солнечной активности все три индекса оказываются примерно
одинаковыми. Рассчитаны адиабатические индексы солнечного ветра и
исследована их зависимость от временного интервала усреднения данных (t.
Показано, что адиабатические индексы оказываются примерно одинаковыми в
период минимума и максимума солнечной активности. Электронный индекс не
зависит от (t, а протонный индекс возрастает с уменьшением (t ((р ( 5/3 для
(t = 10 мин и (р ( 2 для (t = 1 мин).

. Многоспутниковое исследование вариаций плазмы и магнитного поля в
солнечном ветре

Проведено систематическое сопоставление нескольких сотен случаев наблюдений
быстрых скачков потока ионов солнечного ветра на космических аппаратах
ИНТЕРБОЛ-1, WIND, IMP 8, Geotail, для которых определена ориентации фронтов
резких скачков потока ионов. Впервые показано, что около половины фронтов
больших скачков потока (и, соответственно, динамического давления
солнечного ветра) имеют сильный (более 30() наклон к линии Солнце - Земля.

. Исследование вариаций физических параметров солнечного ветра по данным
экспериментов радиозондирования

На основе экспериментальных данных, полученных при радиозондировании
внутреннего солнечного ветра монохроматическими сигналами космических
аппаратов (КА) GALILEO (1996/1997) и HELIOS (1979-1984), для областей,
недоступных в настоящее время для прямых измерений (т.е. с использованием
измерительных приборов, устанавливаемых на борту космических аппаратов)
проведено изучение вариаций фундаментальных характеристик плазмы: скорости
движения потоков, степени неоднородности концентрации, напряженности
магнитного поля.
Кросс-корреляционный анализ флуктуаций частоты в разнесенных на большое
расстояние (8-12 тыс.км) наземных пунктах приема позволил получить
зависимость скорости движения потоков плазмы и ее вариаций для
гелиоцентрических расстояний, изменяющихся в пределах от 15 до 70 солнечных
радиусов Rs, для периода низкой активности Солнца и низких гелиоширот.
а) Установлено, что вариации скорости на временных интервалах,
составляющих 15-20 мин., соизмеримы со средними значениями. На
расстояниях, превышающих 15-20 солнечных радиусов, ускорение солнечного
ветра носит умеренный характер и в среднем составляет 2-4 км/с на один
радиус Rs. Установлена сильная зависимость коэффициента корреляции от
спектрального индекса временных спектров флуктуаций частоты. Если его
величина не превышает 0.3, коэффициент корреляции становится соизмеримым
с шумовыми вариациями. Следовательно, на малых дистанциях от фотосферы,
где спектральный индекс имеет низкое значение, нужно использовать другие
методики определения скорости (например, методику кросс-корреляции
флуктуаций амплитуды сигналов, разнесенных по частоте).
Вариации электронной концентрации определялись с использованием
разработанной авторами проекта новой методики, базирующейся на наличии в
спектрах флуктуаций частоты специфического максимума, положение которого
определяется величиной внешнего масштаба турбулентности. Интенсивность
флуктуаций электронной концентрации пропорциональна максимуму спектральной
плотности и обратно пропорциональна конвективной скорости перемещения
неоднородностей через трассу распространения радиоволн, которая
определялась независимым способом на основе кросс-корреляционного анализа
флуктуаций частоты.
б) Установлено, что для низкоширотного солнечного ветра в период
минимума солнечной активности для гелиоцентрических расстояний между 7 и
30 радиусами Солнца степень неоднородности электронной концентрации
(отношение интенсивности флуктуаций к средней концентрации) колеблется в
пределах от 0.11 до 0.23.
в) Выполнен спектральный анализ флуктуаций фарадеевского вращения
плоскости поляризации линейно-поляризованных радиоволн КА HELIOS-1 и
HELIOS-2, зарегистрированных при зондировании внутреннего солнечного
ветра в период с 1979г. по 1984г. Получена зависимость интенсивности
обусловленных альвеновскими волнами флуктуаций фарадеевского вращения от
гелиоцентрического расстояния, и на основе разработанной авторами проекта
методики определены вариации напряженности магнитного поля. Установлено,
что стандартное отклонение флуктуаций напряженности магнитного поля
изменяется в пределах от 3.5 до 7.5 миллигаусс для гелиоцентрических
расстояний между 3 и 15 солнечными радиусами.

. Выполнен детальный анализ эволюции одиночного импульса плотности и
магнитного поля в солнечном ветре на основе МГД- моделирования:

Проведено МГД-моделирование и сравнение с результатами наблюдений эволюции
одиночного импульса плотности плазмы и модуля магнитного поля в солнечном
ветре. Этот импульс наблюдался сначала на аппарате WIND (данные которого
использовались как входные условия для моделирования), а затем на спутнике
Интербол-1 (данные которого сравнивались с результатами расчета). Было
показано, что результаты проведенного численного эксперимента успешно
(качественно и количественно) описывают динамику импульса, реально
наблюдавшегося в солнечном ветре; нестационарность (эволюция) импульса
объясняется нарушением баланса суммы теплового и магнитного давлений в
импульсе по отношению к окружающей плазме - сильное возрастание магнитного
давления вызывает расширение импульса при его движении к Земле.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

Арманд Н.А., А.И.Ефимов, Л.Н. Самознаев и др., Спектры и кросс-корреляция
флуктуаций частоты радиоволн при зондировании околосолнечной плазмы
сигналами космических аппаратов, Радиотехника и электроника, 48(9),
1058(1070, 2003.
Бархатов Н.А., А.В. Королев, Г.Н. Застенкер, М.О. Рязанцева, П.А. Далин,
МГД моделирование динамики резких возмущений межпланетной среды в
сравнении с наблюдениями на космических аппаратах, Космич. исслед., 2003
(в печати).
Ефимов А.И., Л.Н. Самознаев, Усиление флуктуаций радиоволн при двукратном
распространении в околосолнечной плазме, Радиотехника, 11, 35-40, 2003.
Любчич А.А., И.В. Дэспирак, А.Г. Яхнин, Связь давления и скорости
солнечного ветра в минимуме одиннадцатилетнего цикла, Геомагнетизм и
аэрономия, 2003, направлено в печать
Рязанцева М.О., П.А. Далин, Г.Н. Застенкер, В.А. Пархомов, В.Г. Еселевич,
М.В. Еселевич, Свойства резких и больших скачков потока ионов (плотности)
солнечного ветра, Космич. исслед., 41(4), 395-404, 2003.
Рязанцева М.О., П.А. Далин, Г.Н. Застенкер, Дж. Ричардсон, Ориентация
резких фронтов плазмы солнечного ветра, Космич. исслед., 41(4), 405-416,
2003.
Despirak I.V., A.G. Yahnin, A.A. Lubchich, Dependence of the latitudinal
extent of the substorm auroral buldge on the interplanetary medium
parameters, Конференция стран СНГ и Прибалтики "Актуальные проблемы
физики солнечной и звездной активности", Тезисы докладов, Нижний
Новгород, Россия, 2-7 июня, 2003, с.197.
Efimov A.I., M.K. Bird, I.V. Chashei, L.N. Samoznaev, Simultaneous
observations of radio wave frequency and intensity fluctuations for
estimates of solar wind speed, Adv. Space Res., 2003, (in press).
Lubchich A.A., I.V. Despirak, A.G. Yahnin, Statistical properties of the
solar wind and interplanetary magnetic field during periods of minimum
and maximum of solar activity, Physics of auroral phenomena, 26th Apatity
Seminar, 25-28 February 2003, Apatity, Russia, Abstracts, 2003, с.42.
Riazantseva, M.O., A.A Skalsky, G.N Zastenker, A.Yu. Asadchy, Comparison of
the inclinations of near simultaneous sharp solar wind plasma and IMF
phase fronts, WDS'03, Proceedings of Contributed papers: Part II -
Physics of Plasmas and Ionized Media, ed. by J. Safrankova, Praha,
Matfyzpress, 2003, (in press).
Zastenker, G.N., New features of the solar wind observed by INTERBALL
satellites, Proceedings of the International Symposium in memory of Prof.
Yu. Galperin, 2003, (in press).
Zastenker, G.N., An Overview of new concepts deduced from Interball solar
wind investigations, submitted to Planet. Space Sci., 2003.


2.3. Проект:
«Исследование химического и изотопного состава солнечного ветра»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИКИ - Ю.И. Ермолаев
ИЗМИР - Р.А. Гуляев
ФТИ - М.А.Мамырин

Основные научные результаты:

. Разработка методик идентификации солнечных газов в образцах,
содержащую космическую пыль

Послойное лабораторное исследование океанических осадочных пород дают
данные о космической пыли и изотопном составе инертных газов солнечного
ветра с шагом 0.1-1.0 тыс. лет.
Предложен метод надежного разделения мантийного и космического гелия:
мантийный гелий выделяется при температуре около 600 град.К, а космической
пыли - при 800 град.К.

Одним из современных методов исследования состава солнечного
корпускулярного излучения является метод экспонирования мишеней в
космическом пространстве в потоке солнечной плазмы с последующим
возвращением мишеней на Землю и масс-спектрометрическим анализом
имплантированных в мишени ионов солнечного ветра. Таким образом, решение
проблемы исследования химического и изотопного состава солнечного ветра
сводится к решению двух основных задач:
а) Разработке чувствительных масс-спектрометрических методик,
позволяющих анализировать малые количества солнечных газов в присутствии
мешающих фоновых (остаточных) газов всегда имеющихся в вакуумной камере
масс-анализатора. Следовательно, для осуществления химических и изотопных
исследований солнечного ветра необходим масс-спектрометр с высокой
чувствительностью, высоким разрешением и хорошей формой массовых пиков (с
подавленными крыльями интенсивных пиков). Наиболее полно этим требованиям
отвечают магнитные резонансные масс-спектрометры (МРМС), разработанные в
ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН. Улучшение аналитических характеристик МРМС путем
разработки и применения нового блока частотной развертки масс-спектра
осуществлено в рамках отчетного этапа исследований.
б) Экспонирование мишеней в космическом пространстве. В качестве мишеней
предложено использовать природные мишени - космические пылинки,
достигающие поверхности Земли и транспортирующие солнечные газы.
Космическая пыль входит в состав земных осадочных пород. Исследование
изотопных составов солнечных газов (в первую очередь гелия), поставляемых
космической пылью, позволяет проследить эволюцию солнечного
корпускулярного излучения в длительном интервале времени (вплоть до сотен
миллионов лет), что в свою очередь позволит установить солнечно-земные
связи в прошлом, а также уточнить солнечные модели и модели формирования
солнечной небулы и ее эволюцию. В качестве образцов осадочных пород
выбраны океанические железомарганцевые конкреции (ЖМК), стабильной
стратиграфией, что позволяет исследовать долговременные вариации
солнечного ветра. Проведены исследования изотопного состава гелия в ЖМК
из различных регионов Тихого океана и Балтийского моря с целью поиска
таких регионов, для которых характерны конкреции с наименьшими скоростями
роста, т.е с минимальным содержанием терригенного компонента пыли.
Получено, что в некоторых регионах скорость роста конкреций составляет
величину 1мм и менее за 1000 лет и эти конкреции перспективны для
изучения временных вариаций солнечного гелия.
В рамках многокомпонентных моделей проведен расчет относительного
содержания легкого изотопа солнечного гелия 3He в измеренном валовом
составе. Показано, что практически 100% измеренного 3He имеет солнечное
происхождение. Показано также, что примерно 90% концентрации тяжелого
изотопа 4He в образцах ЖМК имеет терригенное происхождение.
При исследовании временных изотопных вариаций большое значение имеет
корректное определение скорости роста ЖМК. Известные методы датирования
дают разброс значений до 1000 раз. В связи с этим нами развит и применен
новый метод датирования ("метод космического трассера"), основанный на
использовании потока космической пыли, аккретируемой Землей. Метод не
использует априорное часто не выполняющееся предположение о постоянстве
скорости роста породы. Проведенные эксперименты и анализ вскрыли причину
1000-кратного разброса скоростей роста и дали возможность устранить
влияние этого фактора.

Разработки МРМС были отмечены премиями Президиума АН СССР, а изотопные
исследования гелия в ЖМК поддерживались грантами РФФИ и администрации С.-
Петербурга.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

Сделан один приглашенный доклад на семинаре в ИКИ 25.11.2003г. По темам,
связанным с разработкой и применением МРМС и изотопным исследованиям гелия
в ЖМК опубликовано 6 статей в журналах: Доклады АН, ПТЭ, Океанология и др.

2.4. Проект:
«Исследование и прогноз геоэффективности различных типов солнечного ветра»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИКИ - А.А. Петрукович
ПГИ - А.Г. Яхнин

Основные научные результаты:

. Определение оптимальной формы функции связи солнечного ветра с ночной
геомагнитной активностью (индексом AL)

Проведен выбор оптимальной для исследований геомагнитного хвоста функции
связи солнечного ветра по набору данных, включающему часовые геомагнитные
индексы AL и параметры солнечного ветра из базы данных OMNI за период 1966-
1974 гг. и 1977-1988 гг.
В дополнение к основному широко известному параметру V Bs оказались
достаточно важны следующие факторы:
1) Дополнительный аддитивный вклад скорости солнечного ветра (вязкого
взаимодействия) a V2 sin1/2 Theta/2, a = 4,4 10-6 (мВ/м)/(км/с)2.
2) Предыстория солнечного ветра за два предыдущих часа.
3) Предыдущее значение индекса AL.

. Проанализирована способность солнечных и межпланетных явлений
возбуждать геомагнитные бури.

Показано, что сильные солнечные вспышки (класса не ниже М5 по измерениям
рентгеновского излучения на спутниках GEOS) за период 1976-2000 гг. имеют
геоэффективность около 35%, а направленные к Земле выбросы корональной
массы (CМЕ по наблюдениям на спутнике SOHO) за период 1996-2000 гг. - 45%.
Наиболее геоэффективными источниками солнечного ветра являются магнитные
облака (MC) и области сжатия в области взаимодействия быстрого и медленного
потоков (CIR), которые в среднем производят около 30% средних магнитных
бурь. Доля сильных магнитных бурь, возбужденных МС, возрастает до 50%.
Относительные доли средних магнитных бурь, возбужденных МС и CIR, меняются
в противофазе и имеют по 2 максимума на каждом солнечном цикле.

. Влияние характеристик солнечного ветра на развитие
внутримагнитосферных процессов

а) Отдельные большие скачки потока ионов и динамического давления
солнечного ветра, зарегистрированные на спутнике ИНТЕРБОЛ-1, сопоставлены
с возмущениями магнитного поля на геостационарной орбите по данным
спутников GOES-8,9, а также с возмущениями геомагнитного поля по данным
широтных и долготных цепочек наземных магнитных станций (главным образом,
в высоких широтах). Проведено детальное статистическое исследование связи
быстрых изменений магнитного поля магнитосферы на геостационарной орбите
с вызывающими их резкими импульсами давления солнечного ветра. Показано,
что не менее 80% резких и больших скачков динамического давления плазмы
вызывают соответствующие скачки магнитосферного магнитного поля по данным
аппаратов GOES; знак этого скачка поля всегда совпадает со знаком
изменения давления, а амплитуда скачка существенно зависит от положения
спутника по местному времени - наибольшие отклики наблюдаются вблизи
местного полудня; задержка скачка магнитосферного поля относительно
момента начала импульса давления также зависит от местного времени, что
объясняется наклоном фронтов резких возмущений плазмы солнечного ветра к
линии Солнце-Земля; для событий, связанных с большими изменениями
давления, влияние вариаций межпланетного магнитного поля оказывается
весьма малым.
б) По результатам наблюдений на спутниках Wind и Polar показано, что во
время суббурь размеры авроральной выпуклости зависят от усредненный за
предшествующий суббуре интервал времени величины южнонаправленной
компоненты ММП, скорости солнечного ветра и от межпланетного
электрического поля. При этом, большие значения Вs и Ey соответствуют
большей площади авроральной выпуклости, большей широте полярной кромки
сияний, меньшей широте начала авроральной суббури и большему долготному
размеру авроральной выпуклости. В отличие от Вs и Ey, скорость мало
влияет на долготный размер авроральной выпуклости и на начальную широту
активизации. По данным наземных наблюдений на сети магнитометров IMAGE
показано, что влияние Вs и Ey на западный электроджет также отличается от
влияния V. Рост Вs и Ey приводит к уменьшению широты центра западного
электроджета, а рост V - к увеличению этой широты.
в) Показано, что при спокойных магнитных условиях (|AL|<100 нТл) на
ночной стороне Земли средние потоки высыпающихся ионов возрастают более
чем в 2 раза при увеличении концентрации частиц в солнечном ветре от 2 до
24 см-3. Наиболее существенно это возрастание проявляется в зонах b2i-b4s
и b4s-b5, которые примерно соответствуют положению статистического овала
сияний и проектируются в токовый слой хвоста магнитосферы. Одновременно с
ростом потоков в этих областях наблюдается уменьшение средней энергии
высыпающихся ионов на 2-4 кэВ. Результаты свидетельствуют о том, что
плазма солнечного ветра эффективно проникает в плазменный слой хвоста
магнитосферы.
г) Построена численная модель (клеточный автомат) магнитосферы,
учитывающая основные особенности в динамике системы «солнечный ветер-
магнитосфера-ионосфера». Показано, что динамика модельной системы при
постоянном управляющем параметре (Bz-компонент ММП) зависит от значения
этого управляющего параметра. Обнаружен набор переходов между различными
режимами динамики системы (нет генерации - периодическая генерация -
хаотическая генерация), который можно рассматривать как типичный набор
бифуркаций. Для режима генерации характерно возникновение в системе
крупномасштабных самоорганизованных коллективных переходных процессов.
Получены зависимости характеристик режима периодической генерации от
значения управляющего параметра. Эти зависимости согласуются с
аналогичными характеристиками магнитосферной суббуревой активности.

. События конца октября 2003 года

Период 28 октября - 5 ноября 2003 г. характеризовался аномально высокой
солнечной и геомагнитной активностью. Мощные вспышки на Солнце в конце
октября 2003 г. имели силу Х7 и Х10, 2 -го ноября - Х8 и Х3 и, наконец, во
вторник, 4-го ноября, побит рекорд вспышек X20, произошедших на Солнце 16
августа 1989 года и 2 апреля 2001 года. 29 октября полярное сияние было
зарегистрировано на широтах г. Москвы (г. Долгопрудный) и даже в Италии.
После вспышки 4-го ноября, однако, существенной геомагнитной активности не
наблюдалось. Организован сбор научной информации, полученной различными
приборами в период конца октября - начала ноября 2003 г., для проведения
всестороннего анализа наблюдавшихся явлений и возможности предсказания
аналогичных событий.
На макете 16-лучевого радиотелескопа созданного на базе антенны БСА ФИАН
был исследован период аномально высокой активностью Солнца в конце октября
- начале ноября 2003 г. 29 октября было зафиксировано значительное усиление
мерцаний практически для всех наблюдавшихся радиоисточников, включая те,
луч зрения на которые был ориентирован в антисолнечном направлении. После 1-
2 ноября возмущенность межпланетной среды понизилась практически до
предвспышечного уровня. Усиления межпланетных мерцаний практически
повсеместно сопровождались резко повышенным уровнем радиошумов Солнца в
рабочем диапазоне антенны БСА ФИАН (111 МГц). Для всех источников, даже для
тех, которые на межпланетной плазме не мерцают, отмечалось значительное
усиление ионосферных мерцаний (последние в отличие от межпланетных мерцаний
являются более медленными и имеют характерные времена порядка 10 с ), что
свидетельствует о повышенном уровне мелкомасштабных флуктуаций плотности
плазмы в среднеширотной ионосфере Земли. В настоящее время продолжаются
обработка и анализ данных.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

Ермолаев Ю.И., М.Ю. Ермолаев, О некоторых статистических взаимосвязях
солнечных, межпланетных и геомагнитосферных возмущений в период 1976-2000
годов.2., Космич. Исслед., 41(2), 115-119, 2003.
Ермолаев Ю.И., М.Ю. Ермолаев, О некоторых статистических взаимосвязях
солнечных, межпланетных и геомагнитосферных возмущений в период 1976-2000
годов.3., Космич. Исслед., 41(6), 573-584, 2003.
Мальцев Ю.П., И.В. Головчанская, Параметры, влияющие на нарастание и распад
регулярной части АЕ-индекса, Геомагнетизм и аэрономия, в печати.
Antonova E.E., E.Yu. Budnik, I.P Kirpichev, V.N. Lutsenko, N.F.Pissarenko,
Magnetospheric plasma pressure and space weather, Adv. Space Res., 31(4),
1093-1098, 2003.
Borodkova, N.L., Zastenker G.N., Riazantseva M.O., Richardson, J.D., Large
and sharp solar wind dynamic presssure variations as a source of
geomagnetic field disturbances in the outer magnetosphere (at the
geosynchronous orbits), submitted to Planet. Space Sci., 2003.
Dmitriev, A., A. Belov, R. Gorgutsa, V. Ishkov, V. Kozlov, R. Nymmik, V.
Odintsov, A. Petrukovich, G. Popov, E. Romashets, M. Shevchenko, O.
Troshichev, L. Tverskaya, A. Zaitzev, The Development of the Russian
Space Weather Initiatives, Adv. Space Res., 31(4), 855-860, 2003.
Kozelov B.V. and T.V. Kozelova, Cellular automata model of magnetospheric-
ionospheric coupling, Annales Geophysicae, 21(9), 1931-1938, 2003.
Maltsev ,Y. P., The points of controversy in magnetic storm study (review),
Proc. of the 26th Annual Seminar "Physics of Auroral Phenomena", Apatity,
25-28 February 2003, 33-40, 2003.
Parkhomov, V.A., Riazantseva M.O., Zastenker G.N., Local amplification of
auroral electrojet as response to sharp solar wind dynamic pressure
change on June 26, 1998, submitted to Planet. Space Sci., 2003.
Petrukovich, A.A. and A.A. Rusanov, AL index dependence on the solar wind
input revisited, submitted to Adv.Space.Sci, 2003.
Petrukovich, A.A., Storm-time and quiet-time substorms in the magnetotail,
accepted to Geophysical Monograph "Storm-time substorms" AGU, 2003.
Vorobjev V.G., B.V. Rezhenov, O.I. Yagodkina, The solar wind plasma density
control of night-time auroral particle precipitation, submitted to Ann.
Geophys. 2003.
Yermolaev, Yu.I., M.Yu. Yermolaev, A.A. Petrukovich, G.N. Zastenker, L.M.
Zelenyi, J.-A. Sauvaud, Statistic study of geomagnetic storm dependencies
on solar and interplanetary events during 1976-2000, International
Journal of Geomagnetism and Aeronomy, in press (Proc. of Galperin's
conference), 2003.
Yermolaev, Yu.I., M.Yu. Yermolaev, G.N. Zastenker, L.M. Zelenyi, J.-A.
Sauvaud, Geomagnetic storm dependences on solar and interplanetary
events: Statistic study for two solar cycles (1976-2000), submitted to
Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2003.
Yermolaev, Yu. I., Comment on "Source regions and storm effectiveness of
frontside full halo coronal mass ejections" by X. P. Zhao and D. F. Webb,
J. .Geophys. Res., 2003, (in press).
Yermolaev, Yu. I., M. Yu. Yermolaev, G. N. Zastenker, L. M. Zelenyi, A. A.
Petrukovich, J.-A. Sauvaud, Statistic Study of Geomagnetic Storm
Dependences on Solar and Interplanetary Events, submitted to Planet.
Space Sci. (Proc. of Prague conference), 2003.
Zelenyi, L.M., A.A. Petrukovich, Perspectives of Russian Participation in
International LWS Research and Operational Network: Space Segment,
submitted to Adv. Space Sci, 2003.


2.5. Проект:
«Исследование торможения и турбулизации солнечного ветра вблизи планет»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИКИ - М.И Веригин, П.В. Эйгес
ИРЭ - Л.Н. Самознаев

Основные научные результаты:

. Разработана новая аналитическая модель околопланетных ударных волн.

Новая аналитическая газодинамическая модель позволяет быстро и точно
предсказывать положение и форму поверхности околопланетной ударной волны
для различных видов препятствий. Для случая аксиально-симметричной
магнитопаузы модель проверялась путем сравнения с экспериментальными
данными и результатами численных ГД расчетов в широком диапазоне чисел Маха
1 < Ms < ( и показателей политропы 1.15 < ( < 2 набегающего потока. Модель
также применима для предсказания положения ударной волны около
несимметричных магнитопауз Юпитера и Сатурна. Аналитическая модель очень
проста в использовании и должна помочь в исследовании разнообразных
физических процессов, связанных с существованием отошедших ударных волн и
протекающих вблизи различных планет.

. Сформулирована и решена задача определения асимптотики конуса Маха в
приближении магнитной газодинамики.

Впервые получено аналитическое решение, позволяющее рассчитать
асимптотическую форму конуса Маха за препятствием для любого часового угла,
произвольных звукового и альвеновского чисел Маха, а также для любого угла
между векторами межпланетного магнитного поля и скорости солнечного ветра.
Полученное решение включает все ранее известные случаи симметричного
обтекания препятствия. Исследовалась асимптотическая форма поперечного
сечения быстрой ударной волны - вытянутость и сдвиг - в широком диапазоне
параметров набегающего потока. При определенных условиях возможна необычная
"срезанная" ('chopped') форма сечения. Полученные результаты полезны для
моделирования околопланетных ударных волн в МГД приближении, а также для
проверки численных расчетов.

. Положение и форма околоземной ударной волны

Создана единая база данных по пересечениям околоземной ударной волны
спутниками Прогноз, Прогноз 2, 4 - 6, 9, Интербол 1 (1972 - 1999). Для
изучения вариаций положения и формы околоземной ударной волны в зависимости
от динамического давления солнечного ветра, от звукового и альвеновского
чисел Маха, от угла между направлениями векторов межпланетного магнитного
поля и скорости солнечного ветра использовалась недавно разработанная
аналитическая полуэмпирическая модель ударной волны. В основном были
подтверждены предсказания теории и ранее полученные экспериментальные
результаты. В частности, подтверждено, что когда направление межпланетного
магнитного поля практически параллельно скорости солнечного ветра при
уменьшении альвеновского числа Маха ударная волна в подсолнечной области
приближается к Земле, тогда как на флангах удаляется от Земли. В остальных
случаях околоземная ударная волна везде удаляется от планеты при уменьшении
Альвеновского и звукового чисел Маха в соответствии с общепринятыми
представлениями. Подтверждено также, что сечение околоземной ударной волны
плоскостью терминатора асимметрично только при значительном различии
магнитозвуковой скорости и максимальной из альвеновской и звуковой
скоростей в потоке солнечного ветра. Эффект пропадает при малом различии
вышеупомянутых скоростей и при течении солнечного ветра вдоль межпланетного
магнитного поля.
По данным спутников серии "Прогноз" впервые экспериментально показано, что
при фиксированных числах Маха и давлении солнечного ветра ударная волна
расположена ближе к препятствию при течении солнечного ветра вдоль
межпланетного магнитного поля. Эффект особенно отчетливо наблюдается при
малых альвеновских числах Маха. Таким образом, только изменение угла между
направлениями межпланетного магнитного поля и потока плазмы, без изменений
динамического давления солнечного ветра или чисел Маха, приводит к
изменению положения околопланетной ударной волны и тем самым наблюдению
многократных пересечений ударной волны.

. Исследование вариаций плазмы и поля в магнитослое

По данным спутника ИНТЕРБОЛ-1 проведен детальный статистический анализ
амплитуд абсолютных и относительных низкочастотных и высокочастотных
вариаций потоков ионов и модуля магнитного поля в магнитослое.
Как на отдельных ярких примерах, так и на большой статистике было показано,
что
а) амплитуда и низкочастотных, и высокочастотных вариаций плотности
плазмы и модуля магнитного поля существенно зависит от направления
межпланетного магнитного поля по отношению к околоземной ударной волне;
б) амплитуда вариаций и плазмы, и магнитного поля в магнитослое
значительно возрастает за квазипараллельной ударной волной;
в) вариации плазмы и поля в магнитослое не являются результатом
прохождения в магнитослой вариаций в форшоке, ибо эти два явления
отличаются и по физической природе (разные типы волн) и по наклону
частотных спектров.

. Проведено сопоставление глобальной магнитосферно-магнитослойной модели с
измерениями свойств плазмы и магнитного поля в магнитослое.

Для нескольких конкретных событий - прохождений спутника Интербол-1 через
магнитослой - проведены численные расчеты по модели поведения плазмы и
магнитного поля в магнитослое, разработанной сотрудниками Института
механики БАН. Показано, что разработанная новая модель магнитослоя более
реалистична, свободна от ряда ранее существовавших ограничений и
значительно лучше описывает положение границ магнитослоя (ударной волны и
магнитопаузы), чем традиционная модель Спрайтера; эта модель дает в ряде
случаев хорошее соответствие расчетных и измеренных значений потока ионов и
модуля магнитного поля; однако требуется еще проведение детальных
исследований для более полного понимания возможностей, преимуществ и
недостатков новой модели.

. Асимметрия нелинейного взаимодействия разрывных структур солнечного
ветра с магнитосферой Земли

В рамках магнитогидродинамического решения задачи о распаде произвольного
разрыва изучается столкновение солнечных быстрых ударных волн с головным
фронтом перед магнитосферой Земли. Указывается на качественную и
количественную асимметрию взаимодействия с вечерней и утренней стороны.
Обращается внимание на большее значение плотности протонов в
магнитопереходном слое с утренней стороны по сравнению с этой величиной с
вечерней стороны и обсуждается экспериментальное подтверждение этого
результата данными космических аппаратов WIND и ISEE3.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

Dobreva, P.S., M.D. Kartalev, N.N. Shevyrev, G.N. Zastenker, Comparison of
a new magnetosphere-magnetosheath model with Interball-1 magnetosheath
plasma neasurements, submitted to Planet. Space Sci., 2003.
Grib S.A. On the possible source of the magnetic field dissipatiion in
solar plasma. Astron. And Astrophys. Trans., 2003 (in press).
Kotova G., M. Verigin, G. Zastenker, N. Nikolaeva, B. Smolkin, J. Slavin,
A. Szabo, J. Merka, Z. Nemechek, J. Safrankova, Bow shock observations by
Prognoz - Prognoz 11 orbiters: Data recollection, analysis, and
comparison with multi spacecraft data set, submitted to Adv. Space Res.,
2003.
Nemecek, Z., M. Hayosh, J. Safrankova, G.N. Zastenker, J.D. Richardson, The
dawn-dusk asymmetry of the magnetosheath: Interball-1 observations, Adv.
Space Res., 31(5), 1333-1340, 2003.
Shevyrev, N. N., G. N. Zastenker, M. N. Nozdrachev, Z. Nemecek, J.
Safrankova, and J. D. Richardson, High and low frequency large amplitude
variations of plasma and magnetic field in the magnetosheath: radial
profile and some features, Adv. Space Res., 31(5), 1389-1394, 2003.
Shevyrev, N.N., P.E. Eiges, G.N. Zastenker, M.N Nozdrachev, J.D.
Richardson, Comparison of ULF plasma and magnetic field inside the
foreshock and magnetosheath, Proceedings of the International Symposium
in memory of Prof. Yu. Galperin, 2003, (in press).
Shevyrev, N.N., Zastenker G.N., Some features of the plasma flow in the
magnetosheath behind quasi-parallel and quasi-perpendicular bow shock,
submitted to Planet. Space Sci., 2003.
Verigin, M.I., J. Slavin, A. Szabo, T. Gombosi, G. Kotova, O. Plochova, K.
Szego, M. Tatrallyay, K. Kabin, F. Shugaev, Planetary bow shocks:
Gasdynamic analytic approach, J. Geophys. Res., 108(A8), 1323,
doi:10.1029/2002JA009711, 2003.
Verigin M., J. Slavin, A.Szabo, G. Kotova, T. Gombosi, Planetary bow
shocks: Asymptotic MHD Mach cones, Earth, Planets and Space, 55, 33-38,
2003.

2.6. Проект:
«Исследование взаимодействия солнечного ветра с кометами и планетами со
слабым магнитным полем»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИСЗФ СО - В.М. Григорьев
ИКИ - А.А. Скальский
ИЗМИР - В.Н. Ораевский

Основные научные результаты:

. Построена аналитическая модель Марсианской магнитопаузы, исследованы
анизотропия этой границы и околопланетной ударной волны.


В результате анализа совокупности наблюдений магнитопаузы спутниками Марса
Фобос-2 и MGS построена аналитическая количественная модель этой границы
при различных динамических давлениях солнечного ветра (V2.
а) Обнаружено, что в отличие от земной магнитопаузы форма марсианской
магнитопаузы не является (V2 инвариантной a 'утоньшается' при увеличении
динамического давления солнечного ветра. Характерной особенностью
магнитопаузы, созданной мультипольным магнитным полем неоднородно
намагниченной марсианской поверхности, является практически независимое
от (V2 расстояние до подсолнечной точки магнитопаузы, увеличение радиуса
кривизны подсолнечной части этой границы и сжатие ареомагнитного хвоста с
ростом динамического давления солнечного ветра.
б) Показано, что столь необычная динамика марсианской магнитопаузы
объясняет ранее обнаруженное уникальное свойство околомарсианской ударной
волны: независимость положения этой границы от динамического давления
солнечного ветра (Фобос-2, 1993г.). Подтверждена вытянутость поперечного
сечения околопланетной ударной волны в направлении перпендикулярном
межпланетному магнитному полю и впервые обнаружен сдвиг центра этого
поперечного сечения в 'вечернем' направлении (+Ymipm).
в) Подтверждено влияние локальной намагниченности марсианской коры на
толщину ареомагнитного хвоста (Фобос-2, 2001г.) и не найдено влияния
этого фактора на положение ударной волны. Какого-либо влияния
образовавшихся в солнечном ветре ионов марсианского происхождения на
положение околопланетной ударной волны и магнитопаузы не обнаружено.

. Экспериментальные исследования взаимодействия солнечного ветра с кометой

Закончен полный цикл работ с плазменным прибором ROMAP европейского
космического проекта ROSETTA. Прибор установлен на посадочный аппарат
LANDER космического аппарата ROSETTA. 26 февраля 2004 г. планируется запуск
КА к комете 67-Р / Чурюмов-Герасименко.
Состав участников эксперимента:
Х.Аустер - научный руководитель, К.Глассмаер (Тех.Университет, Брауншвайг,
ФРГ),
И.Апати, И.Семереи. И.Хейя (КФКИ, Будапешт, Венгрия),
Х.Розенбауэр. Ю.Рустенбах. Р.Ролл (МПАЕ, Линдау. ФРГ),
Г.Берхгофер, В.Магнес, К.Швингеншу (ИКИ ААН, Грац, Австрия),
А.Ремизов (ИКИ РАН, Москва, Россия)
Основными задачами прибора ROMAP являются:
- длительные (около одного года) исследования активности кометы на ее
поверхности как функции от расстояния до Солнца (от 3 до 1 а.е.),
- магнитные измерения во время посадки посадочного аппарата и
непосредственно на поверхности кометы для определения структуры
намагничивания кометы,
- исследования взаимодействия солнечного ветра с кометой,
- измерение потенциала посадочного аппарата.
Прибор предназначен для измерений полного вектора межпланетного и
околокометного магнитного поля и для измерений основных параметров
солнечного ветра таких как плотность, направленная скорость, ионная и
электронная температура, направление потоков ионов, энергетические спектры
электронных и ионных потоков, отношение плотности протонов к ? - частицам.
Кроме того, прибор способен измерять энергетические спектры фотоэлектронов.


Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

Verigin, M., D. Vignes, D. Crider, J. Slavin, M. AcuЯa, G. Kotova, A.
Remizov, Martian obstacle and bow shock: origins of boundaries
anysotropy, Adv. Space Res., v. 32, 2003, accepted.
Verigin, M., G. Kotova, A. Remizov, J. Slavin, M. AcuЯa, T.-L. Zhang, K.
Schwingenschuh, K. SzegЖ, and M. TАtrallyay, Analysis of the Martian
obstacle and bow shock terminator anisotropy origins using PHOBOS 2 and
MGS data, Abstract, IUGG2003, 30 June - 11 July, Sapporo, Japan.
Verigin, M. I., J. Slavin, A. Szabo, G. A. Kotova, A. P. Remizov, H.
Rosenbauer, S. Livi, K. SzegЖ, M. TАtrallyay, K. Schwingenschuh, and T.-
L. Zhang, Unusually distant bow shock encounters at Mars: Analysis of
March 24, 1989 event, accepted to Space Sci. Rew., 2003.

Направление 3:
«Динамика магнитосферы Земли и других планет»
Координатор направления В.Ю. Трахтенгерц
3.1. Проект:
«Передача энергии и импульса от солнечного ветра в магнитосферу. Роль
каспов и пограничных слоев в формировании ионосферно-магнитосферных токовых
систем»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИКИ - С.П. Савин
ПГИ - Ю.П. Мальцев

Основные научные результаты:

При исследовании взаимодействия потока бесстолкновительной плазмы с
покоящейся плазмой на границе геомагнитной ловушки обнаружен погранслой с
переходом сверхальвеновского дозвукового ламинарного потока к динамическому
режиму, в котором образуются ускоренные магнитозвуковые струи и замедленные
альвеновские течения с характерным временем релаксации 10-20 минут. Главным
процессом является нелинейное взаимодействие флуктуаций в исходном потоке с
волнами, отраженными от препятствия. Черенковский резонанс магнитозвуковой
струи с биениями колебаний погранслоя и набегающего потока является
наиболее вероятным механизмом ее образования. В системе отсчета потока
вновь прибывающие частицы ускоряются электрическими полями на границе
погранслоя, самосогласованно возникшими в результате предыдущих
взаимодействий волна- частица; причем инерциальный дрейф набегающих ионов в
нарастающем в сторону границы поперечном электрическом поле количественно
объясняет их наблюдаемое ускорение. Магнитозвуковые струи могут уносить
вниз по потоку до половины импульса невозмущенного потока. Появление
неравновесных струй и флуктуации погранслоя синхронизованы магнитозвуковыми
колебаниями набегающего потока на 1-2 мГц.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

S. Savin, L. Zelenyi, E. Amata, J. Buechner, J. Blecki4, O. Vaisberg, S.
Klimov, B. Nikutowski, J.L. Rauch, S. Romanov, P. Song, A. Skalsky, V.
Smirnov, E. Panov, ДИНАМИКИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОТОКА ПЛАЗМЫ С ГОРЯЧИМ
ПОГРАНСЛОЕМ ГЕОМАГНИТНОЙ ЛОВУШКИ, (в печати)


3.2. Проект:
«Динамика токовых слоев в хвосте и на границе магнитосферы. Механизм
магнитосферной суббури»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИКИ - Л.М. Зеленый
ПГИ - А.Г. Яхнин
ИПФ - Губченко



Основные научные результаты:

Построена аналитическая модель одномерного самосогласованного анизотропного
тонкого токового слоя (ТТС), описывающая слой с расщепленной (или
"бифурцированной") структурой, т.е. с минимумом плотности тока в центре
слоя и максимумами по краям. Модель представляет собой систему уравнений
Власова-Максвелла, преобразованную в одномерном случае к уравнению типа
Греда-Шафранова. Предположение о квазиадиабатичности движения частиц, т.е.
сохранении приближенного инварианта движения $I_z$, позволяет исследовать
медленную эволюцию системы в процессе диффузии функции распределения по
$I_z$. Процессы рассеяния могут привести к частичному захвату пролетной
популяции ионов вблизи токового слоя. Поскольку ток таких квазизахваченных
частиц противоположен по направлению току пролетных частиц, происходит
частичная или полная компенсация локального тока в центре слоя. Как
следствие, профиль плотности тока эволюционирует от обычного вида с одним
максимумом к "бифурцированному". Такая структура является характерной для
ТТС перед окончательным разрушением, когда баланс натяжений магнитного поля
перестанет выполняться. Результаты численных расчетов хорошо подтверждаются
экспериментальными наблюдениями расщепленных токовых слоев на ИСЗ Cluster и
Geotail в хвосте магнитосферы Земли. Полученные результаты указывают, что
возможный механизм разрушения ТТС не обязательно связан с развитием
плазменных неустойчивостей, а может носить эволюционный характер.

На основе данных полученных за 5 лет успешной работы проекта Интербол
(1995-1999) было обнаружено и детально изучено новое явление - потоки
высокоскоростных ионов (бимлеты), движущиеся вдоль силовых линий магнитного
поля и наблюдающееся в пограничной области плазменного слоя (ПОПС) хвоста
магнитосферы Земли в течение короткого времени (1-2мин).. Bпервые удалось
систематически наблюдать в ПОПС мелкомасштабные транзиентные плазменные
структуры и создать базу данных этих структур, в которую вошло более 500
событий. На основе полученных данных доказано, что транзиентные плазменные
структуры являются постоянным явлением в ПОПС, не зависящим от уровня
геомагнитной активности, то есть процессы импульсного ускорения частиц
являются постоянным «стилем жизни» геомагнитного хвоста. Исследовав
пространственные распределения этих структур над нейтральным слоем,
удалось оценить расстояние до источников ускорения бимлетов в дальнем
хвосте. Найдено, что существует интегральный эффект влияния ММП на
положение источников ускорения в хвосте и, даже на сам процесс ускорения..
Сопоставляя данные измерений спутников Интербол-1 (в хвосте) и Интербол-2
(в авроральной области) впервые доказано, что бимлеты являются стабильными
плазменными структурами, так как достигают Земли, где частично высыпаются
вблизи высокоширотной границы ПС, и частично отражаются в сильном магнитном
поле, возвращаясь назад в хвост. Благодаря регистрации бимлетов на двух
спутниках нам удалось разделить пространственный и временной эффекты в
наблюдении этих структур и показать, что короткое время наблюдения
бимлетов (~1-2мин) является их реальной длительностью и определяется
коротким временем их генерации в токовом слое дальнего хвоста магнитосферы.
Используя данные ионных спектрометров КОРАЛЛ, ДОК-2 и СКА-2 со спутника
Интербол-1, были построены полные функции распределения ионов в ПС от
тепловых (~1кэВ) до сверхтепловых (~3МэВ) энергий.

Сопоставление одновременных наблюдений полярных сияний со спутника Polar и
обращения потоков плазмы в плазменном слое о время суббури по данным
спутника Geotail показало, что полярная граница авроральной выпуклости
связана с областью пересоединения в токовом слое хвоста магнитосферы.
Регистрация обращения потока на больших удалениях от Земли соответствует
большей широте приполюсной кромки сияний. Для удалений от 10 до 30 RE эта
связь может быть выражена как Ф= (X +141.8) / 2.3 , где X - расстояние
области пересоединения от Земли в земных радиусах, Ф - геомагнитная широта
полярной кромки сияний в градусах.

Рассмотрение совместной динамики полей и частиц в приземном плазменном слое
по данным спутника CRRES показало, что диамагнетизм энергичных протонов
значительно экранирует усиление магнитного поля до начала локальной
диполизации. Показано, что ток, вызывающий это усиление, имеет западное
направление и располагается близко к Земле, на r ~ 6 RE. Ослабление этого
тока происходит одновременно с локальной диполизацией. Такое поведение тока
и частиц может быть обусловленно развитием неустойчивости тока, текущего
поперёк магнитного поля.

По данным измерений энергичных частиц на низкоорбитальных спутника выявлены
два типа потоков высыпающихся протонов, связанных с генерацией ионно-
циклотронных волн во внешнем радиационном поясе. Высыпания представляют
собой локализованные всплески экваториальнее границы изотропии. Тип
высыпаний, которые содержат лишь протоны с энергией более 30 кэВ,
наблюдается в дневном секторе местного времени в периоды низкой
геомагнитной активности. Другой тип высыпаний включает в себя
низкоэнергичные частицы, наблюдается в периоды высокой геомагнитной
активности, во время инжекций протонов на геостационарной орбите и
появления здесь холодной плазмы большой плотности. Первый тип высыпаний
связан с геомагнитными пульсациями Рс1, второй сопровождается генерацией
пульсаций IPDP.

На основе магнитных данных построено пространственное распределение
кольцевого тока, текущего в слое |Z| < 3 RE, при разных уровнях Dst, z
-компоненты межпланетного магнитного поля (ММП) и динамического давления
солнечного ветра Psw. Максимум тока расположен вблизи полуночи на
расстояниях 6-8 RE. Интенсивность ночного участка тока на расстояниях от 4
до 9 RE может быть аппроксимирована формулой Inight (MA) = 1.46 + 0.33 Psw
- 0.10 BsIMF - 0.029 Dst, где BsIMF - южная компонента ММП. Дневной ток в
несколько раз слабее и плохо коррелирует с тремя вышеперечисленными
геофизическими параметрами.

Вблизи порога генерации и при наличии шума в системе типа лампы обратной
волны (ЛОВ) возникает режим перемежаемости «включено-выключено».
Характерным проявлением этого режима является степенное распределение
временных интервалов между вспышками генерации, именно такое распределение
наблюдалось в распределении интервалов между хоровыми элементами ОНЧ
излучений, регистрировавшимися на спутниках и на Земле. Построена численная
модель, в которой генерация хоровых элементов происходит в системе с
абсолютной неустойчивостью в режиме перемежаемости типа "включено-
выключено" вблизи порога генерации в магнитосферном генераторе типа ЛОВ,
управляемом шумом. Предложенная численная модель объясняет связь
характеристик ОНЧ хоров с хиссом на более низких частотах и позволяет
воспроизвести следующие особенности динамики хоровых эмиссий: степенное
распределение временных интервалов между хоровыми элементами, увеличение
среднего числа хоровых элементов с ростом интенсивности низкочастотного
хисса, переход от режима генерации дискретных элементов к режиму
непрерывной генерации при наибольших значениях интенсивности хисса, при
внешней периодической модуляции группировка дискретных элементов в группы с
внешним периодом низкочастотного хисса.

На основе обзора современных спутниковых данных по наблюдению солнечного
ветра и короны Солнца развивается кинетический подход к глобальному
моделированию гелиосферы и гелиосферной токовой системы.
В полярных областях предполагается квазипродольный разлет
бесстолкновительной бестоковой плазмы вдоль заданных магнитных полей под
действием электростатических полей.
В экваториальных областях ситуация иная; плазма в этой области токонесущая
и ее разлет происходит под действием электромагнитных сил в
самосогласованных квазипоперечных электромагнитных полях, формируется
низкоскоростной солнечный ветер и гелиосферный токовый диск. Поставлена
задача об определении параметров базовых элементов глобальной гелиосферной
токовой цепи. Наименее изученным элементом цепи является гелиосферный
токовый диск. Токонесущая плазма в гелиосферном диске сопряжена с
двухпотоковыми течениями плазмы и обладает диамагнитной и резистивной
компонентами тока, которые определяют тонкоструктурные элементы диска.
Рассмотрена нелинейная динамика токонесущей плазмы в кинетическом
приближении (геомагнитный хвост и гелиосферный диск) с параметрически
заданным значением скорости диамагнитного дрейфа и скоростей потоков.
Введен диамагнитный масштаб пространственной дисперсии - магнитный аналог
радиуса Дебая, выражаемый через полученный нами параметр эффективной
анизотропии в однородной токонесущей плазме с потоками.
На этой основе проведена классификация возможных режимов динамики и
устойчивости токонесущей плазмы в зависимости от ее объема на три класса:
резистивный, диамагнитный и квазибестоковый.
В резистивном режиме плазма ведет себя как проводящая среда и роль
диамагнитных токов не существенна. Здесь решена задача о возбуждении
трехмерных квазистационарных резистивных магнитосферных структур потоками
плазмы вблизи дипольных источников магнитного поля.
Диамагнитный режим исследуется в рамках концепции квазиравновесного
нейтрального слоя Харриса с учетом дополнительных факторов, характеризующих
анизотропию в системе: температурная анизотропия, двухпотоковые течения с
электрическими токами. Параметр является важным диагностическим
инструментом состояния токовых систем горячей бесстолкновительной плазмы и
типа электромагнитных крупномасштабных токовых структур в нем возникающих.
Получен критерий устойчивости токонесущей плазмы относительно возбуждения
крупномасштабных электромагнитных мод. Данный режим наиболее приемлем для
описания квазистационарного состояния гелиосферного токового диска, когда
влияние резистивныз токов мало.
Квазибестоковый электромагнитный нелинейный динамический режим - аналог
известного квазинейтрального режима в электростатике, возникает для
больших объемов плазмы, когда резистивные токи сопоставимы с диамагнитными
и они оказываются взаимопротивоположными, а плазма незамагничена. Такой
режим возникает вблизи Х точек. Рассмотрены примеры динамики такой плазмы.
Области разрывов в этом режиме связываются с диамагнитными и резистивными
токовыми слоями, масштабы которых определяются диамагнитными и резистивными
масштабами пространственной дисперсии токонесущей плазмы.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях
Зеленый Л.М. , Х.В. Малова, В.Ю. Попов, Расщепление тонких токовых слоев в
магнитосфере Земли, Письма в ЖЭТФ, том 78, вып.5, с.742-746, 2003
Yahnina T.A., A.G. Yahnin, J. Kangas, J. Manninen, D.S. Evans, A.G.
Demekhov, V.Yu. Trakhtengerts, M.F. Thomsen, G.D. Reeves, B.B. Gvozdevsky.
Energetic particle counterparts for geomagnetic pulsations of Pc1 and IPDP
types. Ann. Geophysicae, V. 21, N12, 2281-2292, 2003.

V. Yu. Trakhtengerts, A. G. Demekhov, E. E. Titova, B. V. Kozelov, O.
Santolik, D. Gurnett, and M. Parrot, Interpretation of Cluster data on
chorus emissions using the backward wave oscillator model (submitted to
Phys.Plasma)

Яхнин А.Г., Яхнина Т.А., Демехов А.Г., Маннинен Ю., Култима Й., Кангас Й.
Сезонный ход частоты геомагнитных пульсаций Рс1 и вариации широты
локализованных протонных высыпаний // Геомагнетизм и аэрономия, 2003, в
печати

Яхнин А.Г., Яхнина Т.А., Демехов А.Г., Маннинен Ю., Култима Й., Кангас Й.
Множественность источников как возможная причина многополосности в спектре
геомагнитных пульсаций Рс1// Геомагнетизм и аэрономия, 2003, в печати

Maltsev, Y. P., Points of controversy in the study of magnetic storms,
Space Science Reviews, in press.

Maltsev, Y. P. and A. A. Ostapenko, Azimuthally asymmetric ring current as
a function of Dst and solar wind conditions, Ann. Geophys., in press.


Статьи в трудах конференций
Maltsev, Yu. P., and A.A.Ostapenko, Field-aligned currents in the
ionosphere and magnetosphere, Proc of the Int. Symposium "Auroral Phenomena
and Solar-Terrestrial Relations", February 4-7, 2003, Space Research
Institute, Moscow, Russia, 2003, in press.

Ostapenko, A. A. and Yu. P. Maltsev, LT and Dst dependence of the ring
current, Proc. of the 26th Annual Seminar "Physics of Auroral Phenomena",
Apatity, 25-28 February 2003, C. 83-86, 2003.

Semenova N.V., A.G. Demekhov, A.G. Yahnin, S.V. Isaev, T.A. Yahnina.
Modeling the generation conditions of magnetospheric Pc1 emissions. Proc.
of the 26th Annual Seminar "Physics of Auroral Phenomena", Apatity, 25-28
February 2003, 127-130, 2003.

Yahnin A.G., T.A. Yahnina, A.G. Demekhov The VLF and ULF related particle
precipitations and cold plasma structures in the equatorial magnetosphere
Proc. of the 26th Annual Seminar "Physics of Auroral Phenomena", Apatity,
25-28 February, 2003, 131-134, 2003.

Доклады на конференциях

A.G. Yahnin. Low altitude observations of particle precipitation related
to electromagnetic ion cyclotron waves (Invited). Abstracts of
International Symposium in memory of Professor Yuri Galperin "Auroral
Phenomena and Solar-Terrestrial Relations", February 4-7, 2003. Moscow,
2003. P.28

A.G. Yahnin, T.A. Yahnina, N.Y. Ganushkina, V. Angelopoulos, F.S.
Mozer, J. Kangas, J. Manninen, T.A.
Fritz, C.T. Russell. Multi-satellite study of phenomena in the evening
magnetosphere during the Pc1-2
event // International simposium in memory of professor Yuri Galperin
Auroral phenomena and
solar-terrestrial relations, February 4-7, 2003, Moscow, p.20, 2003.
T.V. Kozelova, L.L. Lazutin, B.V. Kozelov, Features of substorm onsets and
expansions observed by CRRES, Abstracts of International Symposium in
memory of Professor Yuri Galperin "Auroral Phenomena and Solar-Terrestrial
Relations", February 4-7, 2003. Moscow, 2003. P.69

L.L. Lazutin, T.V. Kozelova, B.V. Kozelov, On the relation of fast bursts
of energetic ions to local substorm activations, Abstracts of International
Symposium in memory of Professor Yuri Galperin "Auroral Phenomena and Solar-
Terrestrial Relations", February 4-7, 2003. Moscow, 2003. P.75

I. Despirak, A. Yahnin, N. Dmitrieva, M. Shukhtina, V. Sergeev, Poleward
boundary of the auroral bulge and plasma flow reversal region location
during substorms, Abstracts of International Symposium in memory of
Professor Yuri Galperin "Auroral Phenomena and Solar-Terrestrial
Relations", February 4-7, 2003. Moscow, 2003. P.75

B.V. Kozelov, E.E. Titova. Absolute and convective instabilities in the
numerical; model of VLF emissions generations, Abstracts of International
Symposium in memory of Professor Yuri Galperin "Auroral Phenomena and Solar-
Terrestrial Relations", February 4-7, 2003. Moscow, 2003. P.32

E.E. Titova, B.V. Kozelov, F. Jiricek et al., VlF chorus characteristics
and prdictions from backward wave oscillator model: A comparison, Abstracts
of International Symposium in memory of Professor Yuri Galperin "Auroral
Phenomena and Solar-Terrestrial Relations", February 4-7, 2003. Moscow,
2003. P.34

T.A. Yahnina, A.G. Yahnin, A.G. Demekhov, N.V. Koropalova. The VLF and ULF
related particle precipitation as a tool for diagnostics of the equatorial
cold plasma structures in the ivning sertor // Physics of auroral
phenomena, 26th Apatity Seminar, 25-28 February 2003, Apatity, Russia,
Abstracts. -2003. -P.28.

N.V. Semenova, S.V. Isaev, A.G. Demekhov, A.G. Yahnin, T.A. Yahnina.
Modelling the generation conditions of the magnetospheric Pc1 emissions //
Physics of auroral phenomena, 26th Apatity Seminar, 25-28 February 2003,
Apatity, Russia, Abstracts. -2003. -P.36.

Yahnina T.A., A.G. Yahnin, A.G. Demekhov, J. Kangas, J. Manninen.
Interpretation of the Pc1 emissions properties inferred from low-altitude
observations of the energetic proton precipitation // Physics of auroral
phenomena, 26th Apatity Seminar, 25-28 February 2003, Apatity, Russia,
Abstracts. -2003. -P.36.

B.V. Kozelov and E.E. Titova Absolute and convective instabilities in the
numerical model of VLF emissions generation // Physics of auroral
phenomena, 26th Apatity Seminar, 25-28 February 2003, Apatity, Russia,
Abstracts. -2003. -P.34.

Semenova N.V., Isaev S.V, Demekhov A.G., Yahnin A.G., Yahnina T.A..
Modeling the generation conditions of magnetospheric Pc1 emissions. //
Magnetospheric response to Solar activity, 9-12 September, 2003, Prague,
Czech republic, Book of Abstracts. -2003. - P.73.


Yahnina T.A., A.G. Yahnin, A.G. Demekhov, J. Manninen, J. Kultima, J.
Kangas. Seasonal variations of the Pc1 frequency in auroral zone. //
Magnetospheric response to Solar activity, 9-12 September, 2003, Prague,
Czech republic, Book of Abstracts. -2003. - P.78.

Kozelov B.B., E.E. Titova, V.Yu. Trakhtengerts et al., Intermittency in th
eVLF/ELF Emissions: Experimental features and theoretical explanations. //
Magnetospheric response to Solar activity, 9-12 September, 2003, Prague,
Czech republic, Book of Abstracts. -2003. - P.64.

Pasmanik D.L., A.G. Demekhov, V.Y. Trakhtengerts, E.E. Titova et al., Quasi-
periodic ELF/VLF wave emissions in the Earth's magnetosphere: Comparison of
satellite observation and modeling // Magnetospheric response to Solar
activity, 9-12 September, 2003, Prague, Czech republic, Book of Abstracts.
-2003. - P.70.

В.М. Губченко, В.В. Зайцев, Х.К. Биернат, Х.К. Рукер О кинетическом
моделировании солнечного ветра в магнитоактивных областях, Тезисы докл.
конф. стран СНГ и Прибалтики, Нижний Новгород, 2-7 июня, 2003 г. С. 82.

V.M. Gubchenko, H.K. Biernat, M. Goossens On the Quasi-Current-Free
Approach to the Kinetics of a Weakly Magnetized Hot Current Carrying
Plasma, Proc of the 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma
Physics, St Petersburg, Russia, July 7-11, 2003.
http://www.ioffe.ru/EPS2003, Europhysics Conference Abstracts, 2003, Vol
27A, P-4.35.

V.M. Gubchenko, H.K. Biernat, M. Goossens On nonlinear kinetics of weakly
magnetized hot current carrying plasma near magnetic reconnection region,
Proc. Of the International symposium Topical problemsof nonlinear wave
physics, Nizhny Novgorod, Russia, 6-12 September, 2003, pp.341-342.

V.M. Gubchenko, H.K. Biernat, M. Goossens On the Quasi-Current-Free
Electrodynamics of Current-Carrying Hot Space Plasma. Adv. Space Res, Vol.
31, No. 5, pp.1277-1283, 2003

V.M. Gubchenko, V.V. Zaitsev, H.K. Biernat, M.L. Khodachenko, H.O. Rucker
Thes of the first Central European Solar Physics Meeting, 23-25 October
2003, Bairish Kolldorf Legenstein, Austria.

3.3. Проект:
«Экспериментальные и теоретические исследования авроральной ионосферы и
магнитосферы. Ускорение частиц и авроральное километровое излучение.»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИКИ - М.М. Могилевский
ИПФ - П.А. Беспалов

Основные научные результаты:

Для изучения зависимости АКР от местоположения источника и геомагнитной
активности был проведен статистический анализ результатов измерений на
спутнике ИНТЕРБОЛ-2 за 12 месяцев его работы. Для этого были построены и
проанализированы изменения спектров АКР в зависимости от сезона и
геомагнитной активности. В результате анализа была найдена сезонная
зависимость верхней частоты обрезания АКР: в зимний период эта частота ниже
на 100-300 кГц, чем в летнее время. Это означает, что в зимнее время нижняя
граница области генерации приближается к земле. Такая зависимость может
быть связана с вариациями плотности фоновой плазмы в магнитосфере в
различные сезоны. Прямые измерения фоновой плазмы в авроральной области
сопряжено с серьезными трудностями, поскольку плотность мала, но
радиофизические методы (вариации частоты отсечки плазмосферного шипения)
позволяют оценить плазменную частоту и, следовательно, плотность плазмы.
Результаты этих измерений показывают, что в летнее время относительная
плотность плазмы выше, поскольку более интенсивный разогрев ионосферы
солнечным излучением приводит к увеличению скорости заполнения внутренней
магнитосферы после геомагнитных возмущений. Ключевым условием генерации АКР
является отношение локальной плазменной частоты и гирочастоты электронов.
Следовательно, условия генерации АКР выполняются в летнее время на больших
высотах.

Теоретически показано, что сильная плазменная турбулентность может
эффективно ускорять заряженные частицы обоих знаков. Вычислены коэффициенты
диффузии по продольной скорости и поперечному адиабатическому инварианту
частицы. Сделаны оценки длин диффузии для наиболее характерных
энергетических диапазонов частиц. Поперечная (в пространстве скоростей)
диффузия более эффективна для ионов и приводит к сильной изотропизации
ионных потоков. Сделаны оценки средней продольной кинетической энергии и
потока частиц на больших расстояниях от области инжекции. Из теоретических
оценок следует, что электронные и ионные потоки могут ускоряться до
сравнимых энергий. Сравнение теоретических оценок с результатами измерений
на спутнике ИНТЕРБОЛ-2 показывают, что на полярной границе аврорального
овала действительно наблюдаются интенсивные электромагнитные структуры,
которые сопровождаются ускоренными ионами. Однако теоретические выводы об
ускорении электронов экспериментально не подтверждаются.

Для выявления взаимосвязи между низкочастотными и высокочастотными полями
был проведен сравнительный анализ изменения интенсивности НЧ излучений на
различных частотах и огибающей мощности АКР на низких частотах. Анализ
показал, что для возмущенных геомагнитных условий, для низкочастотной части
АКР наблюдается корреляция с НЧ колебаниями электрического поля. Для
спокойных условий корреляция очень мала, либо вообще отсутствует. Этот
анализ проводился для решения вопроса о природе быстрых вариаций АКР: либо
они вызваны неоднородностями среды в области генерации, либо это свойство
механизма генерации. Полученные результаты не дают окончательного ответа.
Для решения вопроса о природе быстрых вариаций необходимы дальнейшие
исследования.

Был проведен сравнительный анализ вариаций АКР и потоков энергичных частиц,
зарегистрированных на спутнике ИНТЕРБОЛ-2.. В результате анализа было
найдено, что средние, относительно крупномасштабные вариации АКР могут быть
сопоставлены с изменениями потоков частиц. Однако зависимости для
мелкомасштабных вариаций получить не удалось. По-видимому, это связано с
недостаточным временным разрешением приборов для измерения потоков
электронов.

Исследована динамика генерации ленгмюровских волн электронным пучком в
замагниченной бесстолкновительной плазме с низкочастотной турбулентностью с
параметрами, характерными для авроральной области и полярной шапки
магнитосферы Земли. В рамках квазилинейного статистического приближения
выведены уравнения, описывающие динамику формирования спектров. Полученные
уравнения учитывают рассеяние возбуждаемых электронным пучком волн на
заданном фоне флуктуаций плотности плазмы, как на малые, так и на большие
углы. Из результатов проведенного исследования следует, что определяющую
роль в формировании спектров ленгмюровских волн, возбуждаемых вследствие
развития пучково-плазменной неустойчивости в плазме с развитым спектром
низкочастотной турбулентности, играют процессы рассеивания волн на
флуктуациях фоновой плазмы. Численные расчеты показали, что вследствие
рассеяния ленгмюровских волн, происходит перераспределение энергии
колебаний в фазовом пространстве и формируются спектры с характерным
изгибом в области максимальных значений спектра, аналогичные
экспериментально наблюдаемым. Реконструкция волновых форм из полученных
результатов численных расчетов в предположении случайных фаз рассеянных
волн показала модулированную цепочку волновых пакетов, подобную наблюдаемой
в эксперименте. Таким образом, модуляция огибающей пакетов ленгмюровских
волн является результатом интерференции волн с близкими частотами,
возбуждаемых как электронным пучком, так и появляющихся в результате
рассеяния на флуктуациях фоновой плазмы.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях


T.V. Romantsova, M.M. Mogilevsky, A.A. Skalsky, J. Hanasz, V.N. Kurilchik,
The multi-spacecraft observation of AKR, International Symposium "Auroral
Phenomena and Solar-Terrestrial Relations, IKI, Moscow, 38, 2003





И.Л. Моисеенко, Динамика области генерации АКР по измерениям на спутнике
ИНТЕРБОЛ-2, Труды XLVI научной конференции Московского физико-технического
института «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук»,
Московский физико-технический институт, 18, 2003


Olsson A.P., M.M. Mogilevsky, J. Hanasz, S. Perraut, J.S. Pickett, G.K.
Parks, Observational study of generation mechanism of substorm-associated
low-frequency AKR emissions, Annales Geophysicae, 101-109, 2003

J. Hanasz, M. Panchenko, H. de Feraudy, R. Shreiber, M.M. Mogilevsky,
Occurrence distributions of the auroral kilometric radiation ordinary and
extraordinary wave modes, Journal of Geophysical Research, 108 (A11), 1408-
1418, 2003

J.L.Rauch, P. Decreau, J.G.Trotignon, F. Lefeufre, M. Parrot, P. Canu, M.
Mogilevsky, T. Burinskaya, Observation Z-mode on Interball-2 and Claster
projects and evaluation of the electron density using the wave propagation
characteristics, International Symposium "Auroral Phenomena and Solar-
Terrestrial Relations, IKI, Moscow, 42, 2003



T.M. Burinskaya, A.A. Rusanov, J.L.Rauch, A. Miles, M.M. Mogilevsky, J.G.
Trotignon, F. Lefeufre J.A. Sauvaud, Small-Scale bursts of Langmuir waves
in the polar cap, Advances in Space Research, 31(5), 1247-1252, 2003



Т.М. Буринская, Ж.Л. Рош, М.М. Могилевский, Спектры ленгмюровских колебаний
в замагниченной плазме с низкочастотной турбулентностью, Физика плазмы, М.
2004 (в печати)

М.М. Могилевский, Авроральное километровое излучение как средство
диагностики магнитосферы Земли, Тезисы третьей украинской конференции по
перспективным космическим исследованиям, Кацевели, 2003.


3.4. Проект:
«Динамика радиационных поясов Земли и Юпитера. Магнитосферные циклотронные
мазеры»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИПФ - В.Ю. Трахтенгерц
ПГИ - Е.Е. Титова
ИКИ - Т.М. Буринская
Основные научные результаты:

- Исследование режимов генерации волн в магнитосферных циклотронных
мазерах.

Исследования проводились в рамках самосогласованной квазилинейной теории
циклотронной неустойчивости. В качестве источника свободной энергии
рассмотрена стационарная инжекция энергичных электронов с анизотропным питч-
угловам распределением в область взаимодействия. Рассмотрены два возможных
механизма потерь энергичных частиц из области генерации: высыпания в конус
потерь и вынос частиц при их магнитном дрейфе. Исследована зависимость
реализуемого в системе режима генерации от параметров источника, таких как
форма питч-углового распределения и его интенсивность. Показано, что кроме
известных режимов стационарной генерации и периодической генерации
всплесков одинаковой формы, возможны режимы с более сложной формой
динамического спектра волн. В частности, найдены режимы с генерацией за
период двух всплесков разной формы, а также одновременная стационарная
генерация в области низких частот и периодическая генерация всплесков в
области больших частот. Проведено сопоставление результатов расчетов с
экспериментальными данными по квазипериодическим ОНЧ излучениям в
магнитосфере Земли, зарегистрированным на спутниках Freja и Magion 5.
Проведенное численное моделирование рассмотренных событий с использованием
имеющихся экспериментальных данных позволило сделать оценки для параметров,
которые не были измерены в ходе эксперимента. По результатам работы
направлена статья в журнал 'Annales Geophysicae' [1]. Результат доложен на
XXVI Апатитском семинаре по физике авроральных явлений (Апатиты, февраль
2003), на Совместной ассамблее EGU-AGU-EUG (Франция, Ницца, апрель 2003),
на Междунар. конф. "Магнитосферный отклик на солнечную активность" (Чехия,
Прага, сентябрь 2003)

- Исследование динамики кольцевого тока и формирования трехмерных токовых
систем в магнитосфере с учетом взаимодействия волн и частиц.

Показано, что высыпание протонов кольцевого тока играет важную роль в
формировании частичного кольцевого тока в области L < 5. Найдены
геометрическая форма и размеры зоны высыпаний, определяемые формой линии
контакта между дрейфующими энергичными протонами и плазмосферой.
Рассмотрено влияние высыпаний энергичных заряженных частиц кольцевого тока
на формирование специфических трехмерных токовых систем в системе
магнитосфера-ионосфера. Такие токовые системы включают магнитосферный
генератор тока в виде инжекции и высыпаний энергичных протонов, замыкающего
тока в ионосфере и петли холловского тока, определяемого холодными
электронами в магнитосфере. Эта токовая система обеспечивает выполнение
условия квазинейтральности в магнитосферной и ионосферной плазме. Ее
формирование сопровождается генерацией электрического поля, направленного к
полюсу, и развитием поляризационного джета (субаврорального ионного дрейфа)
в области ионосферной проекции экваториальной границы частичного кольцевого
тока. Показано, что скорость ионосферного дрейфа близка к характерной
скорости магнитного дрейфа частиц кольцевого тока, а максимальная величина
формируемого электрического поля соответствует наблюдаемой величине поля в
поляризационном джете. Направлена статья в журнал 'Annales Geophysicae'
[3].

3. Ускорение электронов дискретными сигналами свистового диапазона.

Количественная теория ускорения заряженных частиц при резонансном
взаимодействии с квазимонохроматическими волнами в неоднородной
магнитоактивной плазме развита для случая волновых пакетов с меняющейся во
времени частотой. Показано, что этот фактор может приводить к значительному
увеличению эффективности ускорения в режиме захвата частиц полем волны.
Ускорение в этом режиме значительно более эффективно, чем стохастическое
ускорение пролетных частиц, и не сопровождается рассеянием в конус потерь.
Детально рассмотрено ускорение электронов свистящими атмосфериками от
молниевых разрядов в магнитосфере Земли. Найдено, что энергия электрона
может возрастать на несколько кэВ при однократном взаимодействии с волновым
пакетом. Например, на магнитной оболочке L=3 при взаимодействии с волновым
пакетом (свистящим атмосфериком или хоровым элементом), частота которого
изменяется от 1/3 до 1/2 гирочастоты электрона в экваториальной плоскости,
энергия электрона с энергией 6 кэВ и питч-углом 45? увеличивается до
7.4 кэВ, при этом питч-угол возрастает до 83?. Такое ускорение может
приводить к образованию сильно анизотропных распределений энергичных
электронов. Данный эффект позволяет объяснить появление релятивистских
электронов во внутреннем радиационном поясе Земли и сильное возрастание их
потоков во внутренней магнитосфере во время магнитных бурь. Опубликована
статья в журнале 'J. Geophys. Res' [4]. Результат доложен на совместной
ассамблее EGU-AGU-EUG (Франция, Ницца, 2003).

4. Развитие модели генерации хоровых излучений и сопоставление теории со
спутниковыми данными.

Исследована линейная теория циклотронной неустойчивости свистовых волн в
магнитосферном циклотронном мазере с учетом неоднородности магнитного поля
при наличии перепада ("ступеньки") на функции распределении энергичных
электронов по продольным скоростям. Доказано существование в такой системе
режима генерации типа лампы обратной волны, т.е. абсолютной неустойчивости
свистовых волн. Этот режим реализуется в области вблизи минимума магнитного
поля, размер которой l ~ a (ka)-1/3 определяется нарушением условия
циклотронного резонанса между частицами и волнами (здесь a - масштаб
неоднородности магнитного поля, k -- волновое число). Для магнитосферы
Земли, ka ~ 103-104, т.е. магнитосферная ЛОВ занимает малую окрестность
приэкваториальной области силовой линии. Численно найдены порог
неустойчивости и зависимость ее инкремента от частоты и от параметров
плазмы. Количественные результаты этих расчетов для параметров магнитосферы
Земли подтверждают возможную роль режима ЛОВ в генерации хоровых КНЧ-ОНЧ
излучений. Опубликована статья в журнале Phys. Plasmas [5].

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

1. Pasmanik D. L., Demekhov A. G., Trakhtengerts V. Y. Titova, E. E.,
Santolik O., Kudela K., Jiricek F., Parrot M. Quasi-periodic ELF/VLF wave
emissions in the Earth's magnetosphere: comparison of satellite
observations and modeling. // Ann. Geophys. - 2003. - Submitted.
2. Demekhov A. G., Trakhtengerts V. Y., Mogilevsky M. M., Zelenyi L. M.
Current problems in studies of magnetospheric cyclotron masers and new
space project "Resonance" // Adv. Space Res. - 2003. - V. 32, No. 3. -
P.355-374.
3. Trakhtengerts V. Y., Demekhov A. G. Partial ring current and
polarization jet. // Ann. Geophys. - 2003. - Submitted.
4. Trakhtengerts V. Y., Rycroft M.J., Nunn D., Demekhov A. G. Cyclotron
acceleration of radiation belt electrons by whistlers // J. Geophys. Res.
- 2003. - V.108, No.A3. CiteId 1138, doi:10.1029/2002JA009559.
5. Demekhov A. G., Nunn D., Trakhtengerts V. Y. Backward wave oscillator
regime of the whistler cyclotron instability in an inhomogeneous magnetic
field // Phys. Plasmas. - 2003. - V 10, No. 11. - P.4472-4477.

6. T.M. Burinskaya, A.A. Rusanov, J.L.Rauch, A. Miles, M.M. Mogilevsky,
J.G. Trotignon, F. Lefeufre J.A. Sauvaud, Small-Scale bursts of Langmuir
waves in the polar cap, Advances in Space Research, 31(5), 1247-1252, 2003

7. Т.М. Буринская, Ж.Л. Рош, М.М. Могилевский, Спектры ленгмюровских
колебаний в замагниченной плазме с низкочастотной турбулентностью, Физика
плазмы, М. 2004 (в печати)


3.5. Проект:
«Генерация, распространение и взаимодействие электромагнитных излучений в
магнитосферах Земли и других планет. Генерация геомагнитных пульсаций в
магнитосфере неоднородностями солнечного ветра»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИПФ - В.Е. Шапошников
ИСЗФ - А.В. Потапов
ИКИ - А.М. Садовский

Основные научные результаты:

Рассмотрен механизм ускорения электронов в ионосфере Ио, обусловленный
движением спутника в магнитном поле Юпитера и наличием у Ио собственной
ионосферы. Обращено внимание на важную роль анизотропии проводимости
ионосферы, приводящей к появлению продольной по отношению к магнитному
полю планеты компоненты электрического поля разделения зарядов. Анизотропия
проводимости приводит к тому, что электрическое поле [pic], индуцированное
благодаря движению Ио, вызывает в ионосфере Ио не только педерсеновский
электрический ток вдоль [pic], но стремится также генерировать холловский
ток, направление которого в «лобовой» и «хвостовой» частях ионосферы Ио
приблизительно ортогонально к поверхности спутника. Этот ток, однако, не
может замкнуться на поверхность, в результате чего в ионосфере Ио возникает
мощное поле разделения зарядов, имеющее проекцию на направление магнитного
поля, и величину, сравнимую с величиной индуцированного электрического
поля. Рассмотрено также «убегание» электронов вдоль магнитного поля и дана
интерпретация появления «активных долгот» и преимущественного расположения
источников декаметрового радиоизлучения Юпитера в северном полушарии.
Приведена оценка характерных энергий и потоков ускоренных электронов,
инжектируемых в магнитную трубку Ио (МТИ). Показано, что энергии в этих
электронных потоках достаточно, чтобы обеспечить наблюдаемое из МТИ
электромагнитное излучение.

Выполнены теоретические исследования процессов в магнитосфере Земли при
обтекании ее солнечным ветром.
Построена самосогласованная равновесная аналитическая модель аксиально-
симметричной магнитосферы, обтекаемой азимутальным потоком плазмы. Условия
равновесия плазмы в такой магнитосфере приводят к формированию двойной
плазмопаузы, что соответствует наблюдениям на спутниках, пересекающих
магнитосферу под углом к экваториальной плоскости.
Разработана модель резонатора для ионно-циклотронных колебаний в
окрестности экваториальной области магнитосферы из-за наличия в плазме
тяжелых ионов кислорода и гелия. Часть энергии волн с частотой около 1 Гц,
захваченных и усиленных в резонаторе, просачивается сквозь торцевые стенки,
достигает поверхности Земли и наблюдается в виде дискретных волновых
пакетов.
Показано, что головная ударная волна является преобразователем
кинетической энергии СВ в электромагнитную. Показано, что вначале в плазму
проникает электрическое поле поляризации, а электрический ток может
проникнуть в магнитосферу лишь после того, как в ней установится
распределение газового давления с градиентом, соответствующим плотности
проникающего тока.


Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

Зайцв В. В., Шапошников В. Е.., Рукер Х. О. Ускорение электронов в
ионосфере Ио. Астрономичесий журнал, 2003, т. 80, ? 8, с. 761-768.

Zaitsev V.V., Shaposhnikov V. E., Rucker H. O. Electron acceleration in the
ionosphere of Io. Astronomy Reports, 2003 V. 47, No. 8? P. 701-708.

Зайцв В. В., Шапошников В. Е.., Рукер Х. О. Ускорение электронов в
ионосфере Ио. Труды международной конференции «Актуальные проблемы физики
солнечной и звездной активности. Нижний Новгород, 2-7 июня 2003 г., т. 2,
с. 353-356.

Чурилов С.М., О спектре альфвеновских колебаний поперечно-неоднородной
плазмы при наличии диссипации. Физика плазмы, Т. 29. N 5. C. 424-431. 2003.

Дмитриенко И.С., Нелинейная генерация высших гармоник в альвеновских
резонансных колебаниях магнитосферы, Геомагнетизм и аэрономия, 2003 - (в
печати)

Кичигин Г.Н., Теория продольных плазменных волн с учетом движения ионов.
Физика плазмы, Т.29, ?2, С.172-181, 2003

Гульельми А. В., А. С. Потапов, Р. Лундин, Й. Кангас. О линейном и
нелинейном взаимодействии между ионно-циклотронными волнами и тяжелыми
ионами в экваториальных зонах планетных магнитосфер. Солнечно-земная
физика, 2003 (в печати).

Гульельми А.В., Потапов А.С., Кангас Й., Культима Й., Полюшкина Т.Н.,
Цэгмед Б. О модуляции геомагнитных пульсаций Pc1 солнечным ветром. Солнечно-
земная физика, 2003 (в печати).

Золотухина Н.А., И.П. Харченко. Геомагнитные пульсации на средних широтах в
области пониженного полного электронного содержания во время бури 6-7
апреля 2000 г., Геомагнетизм и аэрономия. Т.43. ? 3. С. 332-343. 2003.

Пархомов В.А., Мишин В.В., Пашинин А.Ю., Рахматулин Р.А., Макаров Г.А. и
Юмото К. "Особенности магнитосферного отклика на импульсы давления в
солнечном ветре по синхронным наблюдениям на Земле и спутнике",
Геомагнетизм и аэрономия., Т. 43, ?1, С. 23-31, 2003.

Дегтярев В.И., Михалев А.В., Jiayo Xu. Вариации свечения ночного неба в
Восточной Сибири в период геомагнитной бури 31 марта - 4 апреля 2001 г.
//Оптика атмосферы и океана. 16, n.5-6. 552-556.2003

Попов Г.В., Дегтярев В.И., Дмитриев А.В., Чудненко С.Э. Тонкая структура
внешнего радиационного пояса в области геостационарных орбит в спокойных и
возмущенных условиях //Геомагнетизм и аэрономия. т.43..?1 С. 17-22. 2003

Дегтярев В.И., Чудненко С.Э. О связи потоков электронов на геостационарной
орбите с геомагнитной активностью // Солнечно-земная физика., вып.3, 31-37,
2003.

Пономарев Е.А., Седых П.А., Магер О.В., Урбанович В.Д. Условия возбуждения
магнитосферной конвекции электрическим током, генерируемым в головной
ударной волне.// Электронный журнал "Исследовано в России", 90,
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/090.pdf , C. 996-1012. 2003.


3.6. Проект:
«Методы активной и пассивной диагностики ионосферной и магнитосферной
плазмы»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИПФ - Ю.В. Чугунов
ИКИ - Ю.Н. Агафонов

Основные научные результаты:


Расчет эффективной длины приемной антенны был сделан применительно к
анализу данных волновых экспериментов на спутнике CLUSTER-II для случая
движущейся изотропной плазмы, который отвечает плазме солнечного
ветра.Искомое напряжение, как показывают вычисления, пропорционально
амплитуде электрического поля падающей волны в направлении приема
излучения, нормированному пространственному спектру распределения тока
единичной амплитуды приемной антенны (он отражает геометрию приемной
антенны) и, что самое главное, структурной функции, зависящей от частоты,
углов приема. Эта функция отражает зависимость коэффициента возбуждения
резонансных волн от возможных особенностей этого возбуждения, связанных с
группировкой плоских волн вблизи ряда направлений приема излучения. В
плазме солнечного ветра есть два интервала углов приема на соответствующих
частотах, где есть такая группировка. Первый из них отвечает углам приема
излучения вдоль скорости потока, если частота приближается к плазменной
частоте электронов. Этому углу приема соответствует целый континиум плоских
волн с фазовыми скоростями, направленными поперек скорости потока, т.е.
происходит сильная группировка волн, энергия которых течет по потоку
(аналог, так называемой, «конической рефракции»). В этом случае эффективная
длина приемной антенны сильно отличается от вакуумного значения. Другой
случай соответствует частотам меньше плазменной, когда для каждой частоты
имеется точка на волновой поверхности, в окрестности которой происходит
слияние двух плоских волн, дающих поток энергии в одном и том же
направлении. При этом фазовая и групповая скорости ортогональны друг к
другу. По существу, это аналог «каустической» поверхности в пространстве
волновых векторов, когда в окрестности угла [pic] (угол между волновым
вектором [pic] и скоростью потока плазмы), который определяет волновой
вектор [pic], касательный к волновой поверхности, происходит слияние двух
волн. При [pic] возбуждаются две волны [pic]и [pic] , направление фазовых
скоростей которых совпадают, а при [pic] волны не возбуждаются, т.е.
образуется область «тени». Понятно, что для углов приема излучения,
соответствующих углу [pic], будет происходить увеличение эффективной длины
антенны, однако эти изменения не так сильны по сравнению со случаем
«конической рефракции».

Анализ данных волновых экспериментов на спутнике CLUSTER-II в солнечной
ветре показывает, что излучение регистрируется как «линия» квазиравновесной
шумовой ЭДС в окрестности плазменной частоте электронов, где происходит
интенсивное излучение и поглощение продольных волн. [6] Эта «линия» бывает
двух типов: 1) широкая «линия» шумовой ЭДС с обрезкой спектра в сторону
низких частот; 2) на фоне широкой «линии» имеется интенсивная узкая линия,
сдвинутая относительно частоты обрезки в «синию» сторону.
Второй случай говорит о том, что в плазме солнечного ветра кроме
шумового излучения имеется квазирегулярные плазменные волны, обусловленное,
например, излучением группами высокоэнергичных заряженных частиц в данной
области пространства. Это излучение распространяется преимущественно вдоль
скорости потока и может регистрироваться антенной, находящейся в этой
области. При этом, согласно проведенному анализу, положение этой линии
соответствует максимальному значению эффективной длины приемной антенны и,
следовательно, ее максимум отвечает частоте равной плазменной частоте
электронов, а ее относительная ширина порядка отношению скорости потока к
тепловой скорости электронов. Следует отметить, что в силу отмеченного выше
эффекта «конической рефракции» волн на плазменной частоте возрастает также
и амплитуда падающего на антенну квазирегулярного излучения. Это
обстоятельство усиливает амплитуду регистрируемого излучения. Частотный
интервал от максимума линии до «обрезки» спектра соответствует
вышеприведенному анализу и отвечает просто доплеровскому сдвигу от
плазменной частоты. Для более низких частот плазма закритична и волны в ней
отсутствуют.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

Yu. V. Chugunov, V. Fiala, The effective length of receiving antenna in a
moving isotropic plasma. Application to Cluster II wave experiment, Radio
Science (in press).

Yu. V. Chugunov, V. Fiala, J. Soucek, O Santolic, D.A. Gurnett ,
Performance of a recieving antenna near the plasma resonance in the solar
wind: consequences for wave measurements. Представлен доклад на
конференцию EGU, 2004.




3.7. Проект:
«Связь солнечной активности и состояния магнитосферы и верхней ионосферы по
данным радиозатменных экспериментов с использованием спутниковых трасс»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИРЭ - О.И. Яковлев
ИКИ - М.И. Яновский

Основные научные результаты:

В результате проведенного исследования показано, что амплитуда
радиозатменного сигнала является индикатором возмущений плазмы в
околоземном пространстве. Выявлен основной механизм воздействия плазменных
возмущений на радиоволны, проходящие через мезосферу, ионосферу и
магнитосферу Земли. Основное воздействие на амплитуду радиозатменного
сигнала оказывают критические точки (точки поворота), в которых градиент
электронной концентрации перпендикулярен траектории распространения
радиоволн. Построена аналитическая модель распространения радиоволн через
слоисто-неоднородную плазму, которая описывает воздействие критических
точек в плазменных возмущениях на амплитудные и фазовые характеристики
радиоволн. Модель показывает большую чувствительность амплитуды радиоволн к
резким градиентам электронной концентрации в плазменных возмущениях.
Вариации амплитуды позволяют восстановить вариации градиентов электронной
плотности в плазменных возмущениях. Относительные вариации амплитуды могут
служить индексом плазменных возмущений в околоземном пространстве.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях
Liou Y. A., Pavelyev A., Igarashi K., Hocke K., Huang C. Y. Analytic method
for observation of the gravity waves using radio occultation data.-
Geophysical Research Letters.- V. 30.- No. 20. -P. ASC 1-1 - 1-5, 2003.

Pavelyev A.G., T. Tsuda, K. Igarashi, Y.A. Liou, and K. Hocke, 2003: Wave
structures in the electron density profile in the ionospheric D and E-
layers observed by radio holography analysis of the GPS/MET radio
occultation data, J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 65, No.1, 59-70.

A. Pavelyev, J. Wickert, Yuei-An Liou, K. Igarashi, K. Hocke, Cheng-Yung
Huang. Vertical Gradients of Refractivity in the Mesosphere and Atmosphere
Retrieved from GPS/MET and CHAMP Radio Occultation Data. In the book:
Christoph Reigber, Hermann Luhr, Peter Schwintzer (Eds.) First CHAMP
Mission, Results for Gravity, Magnetic and Atmospheric Studies. Springer-
Verlag Berlin, Heidelberg 2003, ISBN 3-540-00206-5. p. 500-507.

Павельев А.Г. Векторные дифракционные интегралы для решения обратных задач
радиоголографического зондирования земной поверхности и атмосферы.
Изв.ВУЗов "Радиофизика" ( в печати)

A.G. Pavelyev. Diffractive vector and scalar integrals for bistatic radio-
holographic remote sensing. Radio Science ( в печати)

A.Pavelyev, J. Wickert, C. Reigber, T.Schmidt, Y.A. Liou, C.Y. Huang, S.S.
Matyugov, Amplitude as an indicator of the ionospheric activity and multi-
radio occultation effect. Radio Science (в печати)

Pavelyev A.G., Y.A. Liou,; J. Wickert, C.Y. Huang; K. Igarashi. K. Hocke,
Тhe Radio-holographic Approach for GNSS Occultation Data Analysis: Review
and Application to Resolving Fine Structures in the Atmosphere and
Mesosphere Proceedings of the OPAC-1 conference.

Доклады на международных конференциях:

A. Pavelyev , J. Wickert, Ch. Reigber, T.Schmidt, Y.A. Liou, C.Y. Huang, S.
Matyugov, D. Pavelyev Amplitude variations in CHAMP radio occultation
signal as an indicator of the ionospheric activity. The 2-d CHAMP
international conference. 01-04 September 2003, GFZ-Potsdam, Germany.

Y.A. Liou, J. Wickert, A. Pavelyev, Ch. Reigber, T.Schmidt, C.Y. Huang,
S.K. Yan. Gravity wave "portrait" reconstructed by radio holographic
analysis of the amplitude of GPS radio occultation signals The 2-d CHAMP
international conference. 01-04 September 2003, GFZ-Potsdam, Germany.



Направление 4:
«Ионосферные эффекты взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли
и планет земной группы»
Координаторы направления Н.А. Арманд (ИРЭ), К.А. Боярчук (ИЗМИР)
4.1. Проект:
«Исследование отклика ионосферы Земли на воздействие солнечного ветра на
основе комплексного анализа наземных и спутниковых данных. Исследование
нестационарной динамики и структуры ионосферы»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИЗМИР - А.Г. Карпачев
ИРЭ - А.Г. Павельев

Основные научные результаты:

1. Сформирован банк экспериментальных данных, содержащий результаты
регистрации ионосферного влияния на амплитуду и фазу радиоволн на трассах
спутник-спутник.

2. Разработан новый метод исследования глобального распределения
мелкомасштабной неоднородности ионосферы, основанный на анализе флуктуаций
радиоволн на трассах спутник-спутник.

3. Проведена обработка экспериментальных данных об ионосферных флуктуациях
в 2190 сеансах радиопросвечивания ионосферы на трассах спутник-спутник,
получены гистограммы распределений, временные ряды и спектры ионосферных
флуктуаций радиоволн для полярной области, средних широт и экваториального
района.

4. Анализ экспериментальных данных об ионосферных флуктуациях радиоволн
показал следующее:
В средних широтах в 65% времени наблюдаются слабые флуктуации амплитуды
дециметровых радиоволн, обусловленные, в основном, турбулентностью среды.
Редко, в 4% времени зарегистрированы сильные флуктуации, флуктуации в
условиях дня и ночи не отличаются.
В экваториальной области в 23% времени наблюдаются сильные ионосферные
флуктуации амплитуды преимущественно в начале ночного времени.
В полярной области наблюдаются интенсивные флуктуации, что указывает на
сильную неоднородность ионосферной плазмы в этой области.

5. Показано, что ионосферные флуктуации радиоволн на трассах спутник-
спутник чувствительны к отклику ионосферы на воздействие солнечной
активности. Разработанный новый метод позволяет изучать нестационарную
динамику мелкомасштабный неоднородности ионосферы и ее связь с вариациями
солнечной активности.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

Викерт Дж., Яковлев О., Павельев А., Матюгов С., Самознаев Л., Ануфриев В,
Ионосферные флуктуации дециметровых радиоволн на трассах спутник-спутник,
(в печати).
4.2. Проект:
«Исследование ионосфер планет земной группы и их влияние на дистанционное
зондирование поверхностных и под поверхностных структур этих планет»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИРЭ - В.М. Смирнов
ИКИ - Т.К. Бреус

Основные научные результаты:

Проведено численное моделирование по распространению широкополосных
сигналов в сумеречной ионосфере Марса при работе четырехканального радара
подповерхностного зондирования грунта, установленного на борту космического
аппарата Марс-Экспресс. Показано, что ионосфера Марса вызывает сильные
дисперсионные искажения принимаемых сигналов, которые в зависимости от
интенсивности солнечного излучения могут привести к полному разрушению
структуры отраженного сигнала для канала с несущей частотой 1,8 МГц.

Разработан итерационный метод коррекции дисперсионных искажений, основанный
на одновременной обработке всех четырех сигналов, излучаемых радаром.
Результаты численного моделирования показали его работоспособность как при
наличии только дисперсионных искажений, так и при наличии шумовой
аддитивной компоненты.

Проведена оценка величины и пространственно-временных вариаций электронной
концентрации в ионосфере Марса в зависимости от значения зенитного угла
Солнца по данным ранее состоявшихся миссий. Анализ имеющихся данных о
параметрах ионосферы Марса позволяет получить хорошее представление в
основном о дневной ионосфере. Ночная, точнее вечерняя или сумеречная,
ионосфера представлена единичными экспериментами, которые не дают общей
картины о распределении электронной концентрации. Тем не менее, можно
предположить, что пиковая электронная плотность на ночной стороне,
вероятно, меньше 4(103 эл/см3.

Сделан обзор состоявшихся космических миссий по исследованию высотного
распределения электронного содержания ионосферы Марса. Проведена
систематизация имеющихся данных по зондированию ионосферы планеты и
разработана структура банка данных, содержащего информацию о высотных
профилях ионосферы и условиях их получения. Составлен электронный каталог
по зондированию ионосферы Марса, на основании которого разработана
структура банка данных. Предложенная структура банка данных позволяет легко
модифицировать его с целью расширения и дополнения в будущем. В настоящее
время в банке данных содержится информация о 178 высотных профилях
ионосферы Марса, полученных в период с 1965 по 1989 год.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

1. Н.А. Арманд. Распространение радиоволн в средах с дисперсией. // Сборник
докладов Всероссийской научной конференции «Сверхширокополосные сигналы в
радиолокации, связи и акустике», Муром, 1-3 июля 2003 г. - Муром, МИ ВлГУ,
2003, стр.17-21.

2. Н.А. Арманд, Т. Хагфорс, В.М. Смирнов. Проблемы коррекции искажений СШП
сигналов при распространении через ионосферу Марса. //Сборник докладов
Всероссийской научной конференции «Сверхширокополосные сигналы в
радиолокации, связи и акустике», Муром, 1-3 июля 2003 г. - Муром, МИ ВлГУ,
2003, стр.191-196.

3. В.М.Смирнов. Вариации ионосферы в период солнечного затмения по данным
навигационной системы GPS. //Радиотехника. 2003. ?11.

4. N. A. Armand, T. Hagfors and V. M. Smirnov. Distortion of radar pulses
by the Martian ionosphere. //Radio Science. 2003.

5. В.В. Вишин, О.С. Гашевская, А.В. Гашевский, Г.М. Стрелков. Деформация
огибающей широкополосного радиоимпульса с линейной частотной модуляцией при
распространении в марсианской ионосфере. //Труды IX региональной
конференции по распространению радиоволн. С-Петербург, 28-30 октября, 2003,
с.47-49.



Направление 5:
«Лабораторное моделирование»
Координатор направления А.Г. Франк

5.1. Проект:
«Моделирование нестационарных явлений вспышечного типа в замагниченной
плазме с трехмерными токовыми слоями»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИОФ - А.Г. Франк

Основные научные результаты:

1. Изучение тепловых режимов токовых слоев в лабораторных экспериментах
инициировано поиском физических механизмов, вызывающих быстрое разрушение
токовых слоев после сравнительно длительной квазистационарной стадии их
эволюции. Анализ экспериментальных данных показал, что структура магнитных
полей, распределения электрических токов и плотности электронов остаются
практически неизменными в течение всей метастабильной стадии эволюции
токового слоя. И только с помощью спектральных измерений были обнаружены
предвестники импульсной фазы магнитного пересоединения - вспышки излучения
в спектральных линиях многозарядных ионов, свидетельствовавшие об
импульсном нагреве электронов плазмы непосредственно перед срывом
метастабильной стадии существования слоя. Заметим, что эти результаты были
получены в экспериментах с 2D токовыми слоями. Наряду с этим, отметим
несомненный интерес, возникший в последнее время к токово-плазменным
структурам, которые образуются в 3D магнитных конфигурациях в окрестности
особых линий магнитного поля. Эти структуры являются более сложными
образованиями, чем токовые слои, которые формируются в 2D магнитных
конфигурациях. В рамках даного проекта мы планируем исследовать процесс
нагрева электронной и ионной компонент плазмы токовых слоев, формируемых в
3D магнитных конфигурациях с особыми линиями Х-типа, а также связь нагрева
с взрывным разрушением токовых слоев (и других, подобных слою плазменных
структур) на импульсной стадии магнитного пересоединения.


На первом этапе работ в рамках данного контракта разработана двухканальная
схема спектральных измерений для изучения тепловых режимов токовых слоев,
сформированных в различных 3D магнитных конфигурациях. Изготовлен и
смонтирован измерительный стенд для спектральной диагностики плазмы токовых
слоев на установке ТС-3D.
Температуру электронов в плазме токовых слоев планируется определять из
временной динамики интенсивности спектральных линий атомов и ионов
различной кратности ионизации, принадлежащих как основному рабочему газу,
так и примесям. Суть метода заключается в сильной зависимости скорости
ионизации ((ive( от отношения температуры электронов Te к потенциалу
ионизации Ee в области Ti/E i( 1.

На втором этапe исследований проведено изучение спектров излучения плазмы
токовых слоев в различных режимах на установке ТС-3D. Исследования
обзорного спектра излучения слоя производились в спектральной области 200-
800 нм с помощью многоканальной оптической регистрирующей системы.
Формирование токовых слоев происходило как в 2D, так и в 3D магнитных
конфигурациях.
Было обнаружено, что в эмиссионных спектрах плазмы присутствуют
спектральные линии атомов и ионов основного рабочего газа: He I, He II или
Ar II, Ar III, а также линии примесей: атомов водорода, одно и двукратно, а
в отдельных случаях и трехкратно ионизованных ионов углерода, азота и
кислорода. Самыми яркими линиями исследованных разрядов являются линия
нейтрального гелия He I 587.6 нм и линии ионов гелия He II 468.6 нм и
аргона Ar II 480.6 нм. Наложение продольного магнитного поля Bz приводит к
уменьшению интенсивности спектральных линий примесей, особенно углерода. В
результате детального анализа полученных спектров были выбраны спектральные
линии атомов и ионов основных рабочих газов и примесей для измерения
температуры электронов.

На третьем этапе проведены измерения электронной температуры плазмы токовых
слоев, сформированных в различных 2D и 3D магнитных конфигурациях. К
настоящему времени закончена предварительная обработка полученных
экспериментальных данных. Показано, что температура электронов токовом
слое, сформированном при разряде в аргоне в 2D магнитной конфигурации
достигает 20-25 эВ, а в 3D конфигурации 30-35 эВ, т.е. приблизительно в 1.5
раза выше. Дальнейшие расчеты температуры электронов в плазме токовых
слоев планируется проводить методами численного моделирования.


2. Основное направление исследований в рамках проекта состоит в
моделировании и изучении закономерностей формирования и эволюции токовых
слоев в плазме и характеристик магнитного пересоединения, т.е. процессов,
ответственных за многие нестационарные явления в солнечной короне, в хвосте
магнитосферы Земли, в области магнитопаузы. Лабораторные эксперименты
проводятся с помощью экспериментальной установки ТС-3D (Институт общей
физики им. А.М. Прохорова РАН). В течение 2003 года основной акцент был
сделан, во-первых, на проведении магнитных измерений внутри плазменного
объема и, во-вторых, на применении методов голографической интерферометрии.
Эти базовые методики позволяют исследовать самоорганизацию замагниченной
плазмы и формирование мелкомасштабных структур в различных 3D магнитных
конфигурациях, что имеет принципиальное значение для космической плазмы.

Одна из основных проблем, возникающих при экспериментальном изучении
эволюции токовых слоев, состоит в детальном исследовании общей структуры и
пространственно-временных характеристик магнитных полей в окрестности слоя.
К этому же кругу задач относятся определение области локализации
электрического тока, проводимости плазмы и электродинамических сил,
ответственных за динамику плазмы. Для исследований структуры магнитных
полей и распределений электрического тока в 3D конфигурациях разработана
аппаратура для определения локальных величин магнитных полей внутри
плазменного объема с помощью наборов миниатюрных (( 2 мм) магнитных зондов,
что позволяет обеспечить локальность измерений. Каждый зонд регистрирует
изменения во времени одной из компонент магнитного поля, а различные наборы
зондов, отличающиеся ориентацией и взаимным расположением, дают возможность
решать разнообразные физические задачи. Разработана технология изготовления
наборов из 10 - 15 магнитных зондов при их неизменном относительном
положении и ориентации; создана система перемещения зондов внутри установки
ТС-3D; система калибровки зондов; методика их экранировки от
электростатических и электромагнитных помех. На установке ТС-3D проведена
первая серия измерений, которая позволила сделать вывод о том, что в 3D
магнитной конфигурации с X-линией и с однородной продольной компонентой,
направленной вдоль X-линии, распределение электрического тока в плазме
соответствует формированию плоского токового слоя. Тангенциальная к слою
компонента магнитного поля составила Bxmax ( 2.5 kG, а плотность тока в
слое jzmax ( 2.5 kA/cm2.

Метод голографической интерферометрии является весьма эффективным для
получения количественных данных о пространственных распределениях
концентрации плазмы в токовом слое и его окрестности. Для проведения таких
исследований в 3D магнитных конфигурациях потребовалось реконструировать
голографический стенд, существенно его модернизировать и адаптировать к
установке ТС-3D. В результате проведенных измерений было установлено
формирование четко очерченных плазменных слоев в магнитных полях с особыми
линиями X-типа, в присутствии сильной продольной компоненты, направленной
вдоль X-линии. Ширина слоя (его больший поперечный размер) превышает
толщину слоя (его меньший поперечный размер) в ( 10 раз. Максимальное
значение концентрации электронов в средней плоскости слоя составляет
(1 ( 2)(1016 см-3. Показано, что увеличение продольной компоненты приводит
к уменьшению концентрации электронов и увеличению толщины слоя. Впервые
выявлены некоторые структурные особенности пространственных распределений
плазмы, свидетельствующие о проявлении эффектов двухжидкостной магнитной
гидродинамики.



Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

В.П. Гавриленко, Н.П. Кирий, А.Г. Франк «Исследования плазмы токового слоя
методами спектроскопии». Доклад на Х Всероссийской конференции по
диагностике высокотемпературной плазмы, Троицк 9-13 июля 2003 г.

A.G. Frank, V.P. Gavrilenko, N.P. Kyrie "Diagnostic of a Current Sheet with
the Use of Helium Spectral Lines". Proc. 30-th Europ. Soc. Conf. On
Controlled Fusion and Plasma Physics, St-Petersburg, Russia, July 7-11,
2003.

G.S. Voronov, A.G. Frank, N.P. Kyrie "Characteristic Features of the
Electron Temperature Evolution in Current Sheets Formed in 3D Magnetic
Configurations with Singular X-lines". Proc. 30-th Europ. Soc. Conf. On
Controlled Fusion and Plasma Physics, St-Petersburg, Russia, July 7-11,
2003.

G.S. Voronov, A.G. Frank, N.P. Kyrie "Evolution of Electron Temperature in
Current Sheets Formed in Magnetic Fields with X-lines". Abstract for the
45-th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics of the American
Physical Society, Albuquerque, NM, USA, 27-31 October 2003. Bulletin of the
American Physical Society, V.48. 2003.

Г.С. Воронов, Н.П. Кирий, А.Г. Франк « Влияние продольного магнитного поля
на эволюцию температуры электронов в плазме токовых слоев, сформированных в
3D магнитных конфигурациях с особыми линиями Х-типа». Аннотация доклада на
XXXI Звенигородскую конференцию по физике плазмы и УТС. Звенигород, 2004,
C.175.


Frank A.G. Dynamics of Current Sheet Plasmas in 3D Magnetic Configurations.
// Abstract for the 8-th Plasma Easter Meeting on Reconnection and
turbulence in Magnetically Confined Plasmas, Turin, Italy, April 23-25,
2003.

Frank A.G., Bogdanov S.Yu., Dreiden G.V., Markov V.S., Ostrovskaya G.V. Two-
Fluid Effects in the Dynamics of Current Sheets Formed in 3D Magnetic
Configurations with X-lines. // Proc. of the 30-th Europ. Phys. Soc. Conf.
on Controlled Fusion and Plasma Physics, St-Petersburg, Russia, July 7-11,
2003. EPS V. 27A, P-1.35, 2003.

Frank A.G., Bogdanov S.Yu., Kyrie N.P., Markov V.S. Modeling of Flare-type
Phenomena in Laboratory Experiments with Current Sheets. // Proc. of the
International Symposium "Plasmas in the Laboratory and in the Universe: new
insights and new challenges", Como, Italy, 16-19 September 2003. American
Institute of Physics, Conference Proceedings Series, 2003, in press.

Frank A.G., Bogdanov S.Yu., Dreiden G.V., Markov V.S., Ostrovskaya G.V.
Plasma Dynamics in Current Sheets in the Presence of the Hall Currents. //
Abstract for the 45-th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics of
the American Physical Society, Albuquerque, NM, USA, 27-31 October 2003.
Bulletin of the American Physical Society, V. 48. 2003.

Богданов С.Ю., Дрейден Г.В., Марков В.С., Островская Г.В., Франк А.Г.
Структура плазмы с тяжелыми ионами в токовых слоях, сформированных в
магнитных полях с X-линией. //Тезисы XXXI Конф. по физике плазмы и УТС.
Звенигород, февраль 2004, С. 173.

Богданов С.Ю., Марков В.С., Франк А.Г., Грицына В.П., Зверев О.В.,
Карпов Г.В., Репин Д.В. Методика локальных измерений магнитных полей в
плазме токовых слоев, сформированных в магнитных полях с X-линией. //
Тезисы XXXI Конф. по физике плазмы и УТС. Звенигород, февраль 2004, С. 174.


ПРИЛОЖЕНИЕ. Приглашенные доклады:

Frank A.G. Dynamics of Current Sheet Plasmas in 3D Magnetic Configurations.
// Invited talk at the 8-th Plasma Easter Meeting on Reconnection and
Turbulence in Magnetically Confined Plasmas, Turin, Italy, April 23-25,
2003.

Frank A.G., Bogdanov S.Yu., Kyrie N.P., Markov V.S. Modeling of Flare-type
Phenomena in Laboratory Experiments with Current Sheets. // Invited talk at
the International Symposium "Plasmas in the Laboratory and in the Universe:
New Insights and New Challenges", Como, Italy, 16-19 September 2003.

5.2. Проект:
«Моделирование динамики магнитосферных мазеров»

Организации - соисполнители проекта и руководители от каждой организации:
ИПФ - С.В. Голубев

Основные научные результаты:
Проанализированы соотношения параметров плазмы в лабораторных установках
и в магнитосфере Земли, определяющих особенности формирования волноводных
мод и их возбуждения энергичными частицами. Такими параметрами являются
соотношение продольных и поперечных размеров силовой трубки, заполненной
плазмой, отношение этих размеров к длине волны, соотношение между скоростью
частиц, находящихся в резонансе со свистовой волной, и тепловой скоростью,
характерная длина столкновительного затухания волн.

Сделан вывод, что в имеющейся в ИПФ РАН лабораторной установке SMIS 37
возможно моделирование нелинейной динамики магнитосферных циклотронных
мазеров и, в частности, формирования модовой структуры поперечного по
отношению к внешнему магнитному полю распределения волнового поля и
циклотронной неустойчивости этих мод в бесстолкновительной плазме в
присутствии анизотропной высокоэнергичной компоненты в функции
распределения электронов по энергиям. В то же время, имеется установка,
предусматривающая непосредственное возбуждение в плазме свистовых волн
рамочной антенной в широком диапазоне амплитуд от малых, обеспечивающих
линейный режим распространения, до значений, при которых возможно
параметрическое взаимодействие этих волн и их резонансное нелинейное
взаимодействие с надтепловыми частицами.

Осуществлен эксперимент по ограниченному лабораторному моделированию
магнитосферных процессов. Исследования проводились на существующей
установке SMIS 37 в ИПФ РАН. Плазма с неравновесной энергичной компонентой
в прямой магнитной ловушке создавалась при электронном циклотронном
резонансном нагреве плазмы мощным СВЧ излучением миллиметрового диапазона
длин волн. В экспериментах наблюдался вспышечный механизм развития
циклотронной неустойчивости, аналогичный действующим в магнитосферных
циклотронных мазерах. Неустойчивость проявляется в виде квазипериодических
всплесков (характерная длительность 30 нс) СВЧ излучения плазмы и
синхронных с ними выбросов горячих электронов из магнитной ловушки.
Регистрация энергичных электронов (W ~ 10 кэВ) осуществлялась с помощью PIN
диода СППД 11-04. Для приема СВЧ излучения плазмы использовались
коаксиально-волноводные переходы (КВП) следующих частотных диапазонов: 2 -
4.5, 5.4 - 8.1, 8.2 - 12.4 ГГц. После выхода с КВП СВЧ сигнал
детектировался диодом Д604 и подавался на цифровой осциллограф GOULD 6000.
После записи на ЭВМ проводилась обработка сигналов.

Экспериментально были зарегистрированы пульсирующие режимы высыпаний
энергичных электронов из магнитной ловушки, сопровождаемых короткими
всплесками электромагнитного излучения. Выяснено существование наиболее
вероятного периода повторения импульсов, т.е. продемонстрирован
квазипериодический характер развития неустойчивости. Это видно из
осциллограммы, на которой зарегистрированы квазипериодические (характерный
период до 200 нс) всплески (характерная длительность 30 нс) СВЧ излучения
плазмы (верхний луч) и синхронных с ними выбросов горячих электронов из
магнитной ловушки (нижний луч). Определены дисперсия, средние и наиболее
вероятные значения периодов следования и амплитуд импульсов
электромагнитного изучения плазмы. Всплески собственного СВЧ излучения
плазмы существуют при тех же параметрах, что и вспышечные сигналы на pin-
диоде. Обнаружено, что временные характеристики импульсов электромагнитного
излучения существенно зависят от величины магнитного поля в центральном
сечении ловушки. Так, длительность импульсов, составляющая 30-40 нс при
магнитном поле 5061 Гс, увеличивается до 50-60 нс при уменьшении магнитного
поля до 3600 Гс.

Проведены измерения пространственных характеристик высыпаний энергичных
электронов из магнитной ловушки, сопровождающих развитие циклотронной
неустойчивости. Для этого использовался перемещаемый pin-диод,
расположенный в диагностической камере. Перемещение осуществлялось как в
вертикальной, так и горизонтальной плоскости.

Показано, что пространственное распределение высыпаний энергичных
электронов существенно зависит от магнитного поля, и при определенных
значениях BL интенсивность высыпаний монотонно зависит от расстояния до оси
ловушки. Максимум электронных высыпаний наблюдается в центре и равномерно
спадает при удалении от него. Измерения показали, что радиальное
распределение концентрации фоновой плазмы, в отличие от высыпания
энергичных электронов, остается монотонно спадающим от центра при всех
режимах нагрева.

Немонотонное радиальное распределение высыпаний энергичных электронов
обусловлено соответствующим распределением электромагнитного поля в
возбуждаемых при циклотронной неустойчивости свистовых волнах. Известно,
что поперечная компонента волнового поля в круглом волноводе имеет ноль на
оси волновода. Поэтому для объяснения высыпаний с максимумом на оси
необходимо предположить участие в этом процессе продольной компоненты
волнового поля, которая может взаимодействовать с энергичными электронами
на черенковском резонансе.

Таким образом, экспериментально продемонстрировано влияние модовой
структуры поперечного (по отношению к внешнему магнитному полю)
распределения волнового поля на циклотронную неустойчивость в лабораторной
магнитной ловушке. Этот результат показывает возможность лабораторного
моделирования циклотронной неустойчивости в космических плазменных
волноводах, например, таких которые приводят к формированию пульсирующих
пятен в полярных сияниях.

Список опубликованных или направленных в печать статей, докладов на
конференциях

Результаты доложены на 7-ой научной конференции по радиофизике (ННГУ,
2003), на международной конференции по актуальным проблемам физики
нелинейных волн (Н.Новгород, сентябрь 2003, приглашенный доклад),
подготовлен препринт ИПФ РАН, 1 статья направлена в печать и 1 статья
готовится к печати.



Заключение


Первый год работ по программе ОФН-16 показал эффективность и
результативность решения Президиума РАН об организации работ по программам
отделений. Исходя из приобретенного нами опыта, представляется
целесообразным сохранить существующий порядок оформления и оплаты работ по
программам отделений. Полученные результаты и опыт совместной работы дают
основание надеяться на продуктивную работу Программы в дальнейшем. На успех
Программы, подтверждающий лидирующую роль РАН в проведении фундаментальных
исследований по тематике ОФН-16, указывает большой интерес неакадемических
организаций нашей страны и украинских ученых, к участию в различных
проектах Программы. Участники проекта считают целесообразным продолжить
Программу Отделения физических наук «Солнечный ветер: генерация и
взаимодействие с Землей и другими планетами» (ОФН-16) в 2004 году.