Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Теплофизика и молекулярная физика

Диссертационная работа:

Безродных Иннокентий Петрович. Влияние крупномасштабных возмущений солнечного ветра на динамику энергичных электронов в магнитосфере Земли : ил РГБ ОД 61:85-1/1998

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

1. ВВЕДЕНИЕ 5

2. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ЖІІЕРИМЕНТАЛЬНОГО МТЕРИАЛА

2.1. Краткое описание измерительной аппаратуры 15

2.2. Описание используемых методов спектрального оценивания

2.2.1. Подготовительные операции 17

2.2.2. Динамический анализ 21

2.2.3. Вычисление плотностей спектра мощности флуктуации 22

2.2.4. Метод максимальной энтропии 25

2.2.5. Тестирование алгоритмов и программ спектрального анализа на математических моделях. 26

2.3. Методика регистрации электронов по их тормоз ному рентгеновскому излучению 32

2.3.1. Связь тормозного рентгеновского излучения с первичными потоками электронов 32

2.3.2. Оценка энергетического порога чувствительности датчика прибора ЗК-72 35

2.4. Выводы 41

3. ДИНАМИКА ФЛУКТУАЦИИ МЕЖПЛАНЕТНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

В СОЛНЕЧНОМ ВЕТРЕ 44

3.1. Современное состояние вопроса 44

3.2. Характеристика состояния межпланетной среды в период ноябрь 1981 г. - февраль 1982 г 48

3.3. Спектрально-временные характеристики магнитного поля в межпланетных ударных волнах

3.4. Спектрально-временные характеристики магнитного поля вблизи границ силовых трубок 69

3.5. Среднестатистические характеристики спектров мощности флуктуации межпланетного магнитного поля 72

3.6. Обсуждение результатов 74

3.7. Выводы 77

4. ДИНАМИКА РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЖТРОНОВ ВНЕШНЕГО РАДИА ЦИОННОГО ПОЯСА 79

4.1. Современное состояние вопроса 79

4.1.1. Квазипериодические движения частиц в геомагнитном поле 81

4.1.2. Взаимодействие частиц радиационных поясов с электромагнитными волнами 84

4.1.3. Инжекция частиц в радиационные пояса Земли 95

4.2. Динамика интенсивности потока энергичных электронов по данным измерений на орбите

геостационного спутника 107

4.2.1. Общие характеристики экспериментального материала 108

4.2.2. Непериодические возрастания интенсивности потока электронов III

4.2.3. Возрастания интенсивности потока электронов с периодами около 27 и 30 суток 116

4.2.4. Вариации интенсивности потока электронов с периодами 6 и 13 месяцев 119

4.2.5. Вариации интенсивности потока электронов на

геостационарной орбите с периодом 24 часа 123

4.2.6. Вариации интенсивности потока электронов с периодом около 2+3 часов 127

4.3. Обсуждение результатов 133

4.4. Выводы 136

5. ВЛИЯНИЕ КРУШОМАСШТАБНЬК ВОЗМУЩЕНИЙ СОЛНЕЧНОГО

ВЕТРА НА ДИНАМИКУ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОНОВ ВНЕШНЕГО РАДИАЦИОННОГО ПОЯСА 138

5.1. Современное состояние вопроса 139

5.2. Вариации и динамика потока релятивистских электронов на L 6.6 141

5.3. Связь интенсивности потока электронов в геомагнитосфере с потоком электронов в межпланетной среде 143

5.4. Влияние скорости плазмы солнечного ветра на динамику энергичных электронов во внешнем радиационном поясе 1

5.4.1. Зависимость интенсивности потока релятивистских электронов на L 6.6 от величины скорости солнечного ветра 146

5.4.2. Результаты одновременных наблюдений интенсивности потока электронов на магнитопаузе и на орбите геостационного спутника .,., 157

5.4.3. Эмпирическая зависимость амплитуды всплесков релятивистских электронов от величины скорости солнечного ветра 165

5.5. Обсуждение результатов 169

5.6. Выводы 172

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 174

ЛИТЕРАТУРА 1  

Введение к работе:

В связи с освоением околоземного космического пространства с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ) появилась не только возможность, но и необходимость в исследовании характеристик потоков заряженных частиц, захваченных в геомагнитном поле, которая диктовалась требованиями обеспечения радиационной безопасности пилотируемых космических полетов, а также обеспечения надежности функционирования электронного оборудования и отдельных узлов ИСЗ. Благодаря многочисленным экспериментальным и теоретическим исследованиям был выявлен ряд важных закономерностей в распределении частиц радиационных поясов Земли (РПЗ) и в динамике их потоков в различные периоды геомагнитной активности [I-I4]. Однако, не все наблюдаемые явления удалось увязать в единую цепь причинно-следственных связей. Например, до настоящего времени не известны основные причины, обуславливающие возрастания (всплески) интенсивности потоков релятивистских электронов во внешнем РПЗ на 1-2 порядка, спустя 2-4 суток после начала магнитной бури, что существенно затрудняет прогнозирование радиационной обстановки во внешней геомагнитосфере.

В настоящее время разработано несколько качественных моделей, призванных объяснить динамику энергичных электронов во внешнем радиационном поясе. К ним можно отнести модель геосинхронного (резонансного) ускорения частиц при взаимодействии геомагнитосферы с сильно флуктуирующим межпланетным магнитным полем (Ml) [15]. Вследствие такого ускорения в магнитосфере должны наблюдаться монохроматические пучки электронов, тогда как обычно наблюдаются спектры степенного и экспоненциального вида [7,16]. Действительно, "магнитосфера восприимчи - б ва к флуктуациям ММП" [17], но только резонансным ускорением невозможно объяснить наблюдаемую динамику частиц захваченной радиации.

Были сделаны предположения, что динамика потока релятивистских электронов во внешнем РПЗ контролируется изменением знака МШ. Поскольку геомагнитная активность в существенной степени зависит от изменения знака ММП [18], то можно было ожидать, что и потоки релятивистских электронов будут претерпевать существенные изменения при изменении направления МШ. Это предположение до настоящего времени не получило достаточно убедительного экспериментального подтверждения.

Попытка объяснить задержку на 2-4 суток относительно начала геомагнитной бури максимума возрастания интенсивности потока релятивистских электронов тем, что инжекция энергичных частиц в РПЗ происходит на фоне магнитного поля, ослабленного кольцевым током, оказалась также безуспешной. Дейст-вительно, изменение геомагнитного поля во внешнем РПЗ (/л 6,б) при распаде кольцевого тока составляет проценты, тогда как наблюдаемые увеличения энергии электронов составляют сотни процентов Авторы работы [16], сопоставляя данные потоков релятивистских электронов в межпланетной среде и геомагнитосфере, обнаружили, что плотность электронов в магнитосфере зависит от плотности электронов в межпланетной среде; Несмотря на то, что эта зависимость является слабой и недостаточно устойчивой, качественно она согласуется с диффузионными механизмами заполнения радиационных поясов Земли.

Модели, использующие диффузионный механизм заполнения радиационных поясов Земли, встречаются с рядом трудностей.

В частности, для согласования результатов, полученных по этим моделям, с экспериментальными данными требуется до-, полнительное предположение, что на границе геомагнитосферы находится источник электронов с энергиями порядка сотен кэВ.

Трудности, связанные с обоснованием источника энергичных электронов на границе магнитосферы, явились в свое время, причиной потери интереса к диффузионным моделям. Новая волна интереса к этим моделям появилась в последнее время, благодаря, как новым экспериментальным результатам исследований динамики релятивистских электронов во внешнем РПЗ, так и новым теоретическим представлениям.

В связи с появлением механизма фрикционного ускорения частиц в слое сдвигового течения плазмы [19,20], стало ясно, что на магнитопаузе может происходить ускорение электронов [164, 174, 175]. Диффузия этих электронов в глубь геомагнитосферы и их доускорение бетатронным механизмом могли бы объяснить наблюдаемую динамику релятивистских электронов во внешнем РПЗ при условии, что эффективность ускорения на магнитопаузе достаточно высока.

Поскольку эффективность механизма фрикционного ускорения электронов в слое сдвигового течения плазмы вблизи магни-топаузы существенно зависит от величины скорости солнечного ветра, то следует ожидать, что интенсивность потока релятивистских электронов во внешнем РЛЗ (например, на L 6f6) будет также зависеть от величины скорости солнечного ветра. В связи с этим поиски корреляционных связей между параметрами солнечного ветра и интенсивностью электронов во внешнем радиационном поясе являются перспективными.

Исследование динамики энергичных электронов во внешнем РПЗ и установление формы корреляционной связи между потоками электронов в геомагнитосфере и параметрами межпланетной среды имеют принципиальное значение для понимания процессов,уп- k равлявдих динамикой энергичных электронов в РПЗ, и для прогнозирования радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве. В этом аспекте данное исследование является несомненно актуальным.

Целью диссертационной работы является изучение влияния возмущений солнечного ветра на динамику релятивистских электронов внешнего радиационного пояса. В рамках этой проблемы в диссертации проводятся:

1. Исследование динамики низкочастотной ( 10" - 10 Гц, т.е. в диапазоне дрейфовых частот релятивистских электронов внешнего радиационного пояса) магнитной турбулетности в крупномасштабных возмущениях солнечного ветра.

2. Исследование динамики потока релятивистских электронов внешнего радиационного пояса.

3. Исследование влияния крупномасштабных возмущений солнечного ветра на динамику релятивистских электронов внешнего радиационного пояса.

Основной экспериментальный материал по потокам энергичных электронов получен с помощью советских геостационарных спутников (ГС) "Радуга" и искусственных спутников Земли (ИСЗ) "Прогноз-б", "Прогноз-7" за период 1977-1979 гг. Измерение напряженности МДОІ и потоков заряженных частиц в межпланетном

пространстве, были проведены на автоматических межпланетных станций (АШ) "Венера-13" и "Венера-14".

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в постановке задачи, обработке, анализе и интерпретации экспериментальных данных, полученных с помощью ЙСЗ "Прогноз-б", "Прогноз-7", ГС "Радуга" и АМС "Венера-13", "Венера-14".

При обработке информации с этих космических аппаратов использовалась методика, разработанная автором, в частности: t алгоритмы и программы для ЭВМ поиска и устранения сбоев в экспериментальных данных, алгоритмы и программы расчета цифровых фильтров с произвольными частотными характеристиками,программы для спектрального оценивания, алгоритмы и программы для оценки интенсивности потока первичных электронов по интенсивности потока их тормозного излучения.

Автором рассчитаны геометрические факторы датчиков аппаратуры, установленной на ГС "Радуга", и рассчитана эффективная энергия электронов, регистрируемых этой аппаратурой.

Основные результаты исследований опубликованы в работах [46],[47],[48],[I393,[W0],[I49],[I50],[I64],[I7I],[I72], 

Подобные работы
Сизова Лилия Зядитовна
Закономерности роста и распада кольцевого тока в магнитосфере Земли
Панов Евгений Валентинович
Изучение токовых слоев на границе магнитосферы Земли по данным четырех спутников кластер
Русанов Алексей Александрович
Исследование физических процессов во внутренней магнитосфере Земли
Хименес Арсола Рейнель
Изучение плазмы в хвосте магнитосферы Земли и разработка эксперимента для дальнейших исследований
Оводков Денис Александрович
Динамика заряженных частиц в токовых слоях бесстолкновительной плазмы магнитосферы Земли
Багаутдинова Гульназ Ришатовна
Исследование характеристик изотропных границ в магнитосфере Земли
Кирпичев Игорь Петрович
Характеристики распределения частиц в области каспа, внешней области кольцевого тока и ближнем плазменном слое магнитосферы Земли
Антонова Елизавета Евгеньевна
Равновесие плазмы в магнитосфере Земли и ускорительные процессы в высоких широтах
Борог Владимир Викторович
Исследование вариаций космических лучей в гелиосфере, магнитосфере и атмосфере Земли с помощью наземного широкоапертурного мюонного годоскопа
Петров Константин Георгиевич
Влияние магнитного поля Земли на вращательное движение заряженного искусственного спутника Земли

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net