Physics of auroral phenomena : proceedings of the 34th Annual seminar, Apatity, 01 - 04 March, 2011 / [ed.: A. G. Yahnin, A. A. Mochalov]. - Апатиты : Издательство Кольского научного центра РАН, 2011. - 231 с. : ил.

И.В. Галовчанская Термин ‘турбулентность’ в названии исследуемого явления долгое время использовался не строго. Однако за последнее десятилетие были существенно развиты представления о физике сложного поведения (complexity), свойственного космической плазме. В частности, в работе [Chang et a l, 2004] были сформулированы идеи о бимодальном состоянии плазмы, в котором распространяющиеся моды (волны) сосуществуют с не распространяющимися пространственно-временными флуктуациями, (так называемыми, когерентными структурами), причём нелинейное взаимодействие когерентных структур приводит к проявлениям, характерным для перемежающейся турбулентности. Для флуктуаций электрических и магнитных полей в верхней ионосфере эти проявления, к которым относятся масштабная инвариантность, негауссовы функции плотности вероятности, коллапс нормализованных функций плотности вероятности, характерное поведение эксцесса распределений и др., были впервые продемонстрированы по экспериментальным данным в работах [Tam et a l, 2005; Golovchanskaya et al., 2006; Kozelov et al., 2008; Golovchanskaya et al., 2010; Golovchanskaya et al., 2011]. Актуальность изучения BBELF полей определяется важностью нескольких физических процессов, в которых они играют принципиальную роль: (1) Поперечное ускорение ионов в верхней ионосфере в большинстве случаев связано именно с широкополосными низкочастотными электрическими полями [Andre et a l, 1998]; (2) BBELF электрические поля являются дополнительным источником джоулева нагрева в высокоширотной ионосфере [Golovchanskaya, 2008]. На недостаточность нагрева, связанного только с регулярной составляющей электрического поля, указывали систематические расхождения температур термосферы, рассчитанных в моделях глобальной термосферной циркуляции, с наблюдениями; (3) Поскольку, несмотря на интенсивные спутниковые исследования, до сих пор не найден прототип дискретных авроральных структур в магнитосферном плазменном слое, всё больше исследователей склоняются к мнению, что, хотя источник энергии оптической авроры находится в удалённых областях магнитосферы, к авроральному структурированию приводят неустойчивости и нелинейные процессы в нижней магнитосфере. С этой точки зрения, BBELF возмущения могут быть причиной аврорального структурирования на малых масштабах. В связи с ограниченным объёмом настоящей работы, в последующих разделах лишь кратко перечислены основные экспериментальные и теоретические сведения о широкополосных электрических и магнитных полях в верхней ионосфере Земли, включая небольшое количество иллюстративного материала и необходимые ссылки. 2. Ключевые экспериментальные сведения о широкополосных возмущениях электрических и магнитных полей в верхней ионосфере высоких широт Под ключевыми экспериментальными фактами подразумеваются именно те, которые способствовали развитию теории, которая далее обсуждается в разделе 3. 1. Широкополосные низкочастотные (BB ELF) поля развиваются преимущественно в областях биркеландовских продольных токов/сдвигов скорости магнитосферной конвекции, как на замкнутых, так и на открытых магнитных силовых линиях [Golovchanskaya et al., 2006; Golovchanskaya et al., 2010], рис.1. 2. Продольная компонента вектора Пойнтинга потока электромагнитной энергии в широкополосных возмущениях направлена из магнитосферы в ионосферу (для возмущений на открытых магнитных силовых линиях в области токов зоны 0 это проиллюстрировано на рис.1) Таким образом, BBELF возмущения не являются проявлением положительной ионосферной обратной связи [Golovchanskaya and Maltsev, 2004]. Е ± 3. Отношение --------, где и В ^ - амплитуды меридиональной электрической и зональной магнитной а А компонент BBELF возмущений, соответственно, согласуется по порядку величины со значениями обратной интегральной педерсеновской проводимости ---- , а значит, со статической моделью токовых контуров, лишь на масштабах > 4-8 км (частоты < 1-2 Гц) [Kozelov et al., 2008]. На частотах в несколько Е \ Мо десятков Гц значения ---- превышают не только------, но и альвеновскую скорость vA . Превышение VA В± Yip составляет более чем два порядка величины [Chaston et al., 2006]. В работе [Kintner et al., 2000] экспериментально исследованы дисперсионные свойства BBELF эмиссий и показано, что эмиссии не могут быть идентифицированы не только как альвеновские волны, но и как дисперсионные альвеновские 62