ОБЗОР Л.М. Зеленого, Х.В. Маловой, А.В. Артемьева, В.Ю. Попова, А.А. Петруковича

 

'ТОНКИЕ ТОКОВЫЕ СЛОИ В БЕССТОЛКНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАЗМЕ:

РАВНОВЕСНАЯ СТРУКТУРА, ПЛАЗМЕННЫЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ

И УСКОРЕНИЕ ЧАСТИЦ'

 

Обзор посвящен плазменным структурам с предельно малым поперечным масштабом - тонким токовым слоям, открытым и исследованным в процессе спутниковых наблюдений, проводившихся в хвосте магнитосферы Земли в последние десятилетия. Образование тонких слоев связано с проявлением сложных динамических процессов, развивающихся в бесстолкновительной космической плазме во время геомагнитных возмущений и вблизи областей пересоединения. В статье приведен обзор моделей, описывающих тонкие токовые структуры в хвосте магнитосферы Земли. В основе этих моделей лежат представления о квазиадиабатической динамике ионов в относительно слабом магнитном поле нейтрального слоя хвоста магнитосферы, где ионы могут размагничиваться. Показано, что функция распределения ионов может быть представлена в виде функции интегралов движения частиц: полной энергии и квазиадиабатического инварианта. Рассмотрены различные модификации исходного равновесия, включающие в себя учет токов замагниченных электронов, вклад ионов кислорода, асимметрию источников плазмы и эффекты, связанные с 'немаксвелловским' видом функций распределения частиц. Проведено сопоставление теоретических результатов и данных наблюдений, полученных спутниковой миссий Сluster. Исследованы различные плазменные неустойчивости, развивающиеся в тонких токовых слоях. Проведен анализ эволюции разрывной моды и найдены параметрические области, в которых возможен рост данной моды. Таким образом, на основе квазиадиабатической модели токового слоя решен парадокс полной стабилизации разрывной моды в токовых слоях с нормальной компонентой магнитного поля. Показано, что в широком диапазоне значений параметров токового слоя и направлений распространения крупномасштабных неустойчивых волн в системе могут развиваться различные модификации дрейфовых неустойчивостей (изгибная и перетяжечная моды). На основе концепции турбулентного электромагнитного поля, образующегося в результате развития и насыщения неустойчивых волн, предложен механизм ускорения заряженных частиц в турбулентных токовых слоях и получены степенные энергетические спектры ускоренных частиц.