Physics of auroral phenomena : proceedings of the 36th Annual seminar, Apatity, 26 February – 01 March, 2013 / [ed. board: A. G. Yahnin, A. A. Mochalov]. - Апатиты : Издательство Кольского научного центра РАН, 2013. - 215 с. : ил., табл.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТОКА ВЕКТОРА ПОЙТИНГА НАД ДУГОЙ СИЯНИЯ М.А. Волков (Мурманский Государственный Технический Университет, ул. Спортивная 13, Мурманск, 183010, e-mail: volkovma@mstu.edu.ru) Аннотация. В работе получено решение для электрического поля в дуге полярного сияния, согласованное с токами, втекающими и вытекающими из дуги. Токи, втекающие и вытекающие из дуги, задавались модельно тогда, как токи поперек дуги рассчитывались с учетом процессов ионизации и рекомбинации в ионосфере. Вектор Пойтинга над дугой сияния может быть представлен суммой двух слагаемых, каждое из которых определяет плотность потока энергии электромагнитного поля определенной поляризации, в этих потоках электрическое поле ориентировано поперек или вдоль дуги. Вектор Пойтинга с поперечной поляризацией электрического поля может быть направлен из дуги сияния в магнитосферу и быть порядка нескольких мВт/м2. Вектор Пойтинга продольной поляризации над дугой сияния всегда направлен в ионосферу и достигает 20 мВт/м2. Введение Вопрос об ионосферных или магнитосферных механизмах генерации дуги полярного сияния до сих пор остается открытым. Энергия в дугу сияния может поступать как в корпускулярной форме, так и в электромагнитной. Возможны также переходы из одной формы энергии в другую. В ряде работ рассмотрена ситуация, когда поток электромагнитной энергии направлен из дуги сияния в магнитосферу [Atkinson, 1970; Sato and Holzer, 1973; Леонтьев и Ляцкий, 1982; Haerendel, 2008]. Поток энергии из дуги может возвращаться обратно, отразившись от сопряженной ионосферы [Sato and Holzer, 1973] или от области дивергенции поперечного тока в магнитосфере [Леонтьев и Ляцкий, 1982; Haerendel, 2008]. Прямые измерения потоков электромагнитной энергии над дугами дают противоречивые результаты, т.к. измеряется мгновенное, сильно флуктуирующее значение вектора Пойтинга. Выделение же постоянной составляющей этого вектора затруднено коротким временным промежутком наблюдений из-за малых поперечных размеров дуги сияния [Marghitu et al., 2009]. В настоящей работе приведены модельные расчеты электрического поля и токов поперек дуги полярного сияния, на основании этих расчетов построена модель потока вектора Пойтинга над дугой сияния. Входными параметрами модели являются токи, втекающие и вытекающие из дуги сияния. При расчете концентрации плазмы в дуге учитываются процессы ионизации, рекомбинации и переноса. Источник ионизации в дуге сияния моделируется вытекающим из дуги током. Система основных уравнений Уравнение непрерывности для электронов с учетом процессов ионизации и рекомбинации имеет следующий вид: dn/dt+div{nv)=a(ji/1)-r(n2-no2), (1) где и,v-концентрация и скорость электронов, и0-фоновое значение концентрации, г- коэффициент рекомбинации (квадратичный закон рекомбинации выполняется для высот Е слоя), а(/'/2)-мощность ионизации, зависящая от плотности продольного тока jn, а=0 для втекающего тока. Квадратичную зависимость мощности ионизации от вытекающего тока можно обосновать следующим образом. Поток высыпающихся электронов пропорционален _/'//. Средняя энергия, высыпающихся в дугу электронов, пропорциональна ускоряющей разности потенциалов между ионосферой и магнитосферой, которую можно считать также пропорциональной току. Тогда поток энергии электронов или мощность ионизации ~ j 2. Полный ток j вдоль и поперек магнитного поля в ионосфере удовлетворяет уравнению непрерывности: div/=0, (2) Используем прямоугольную систему координат, ось у направим на восток, ось х к полюсу, ось г вниз, вдоль магнитного поля (северное полушарие). Дуга сияния вытянута вдоль оси у рис.1. ‘Physics o fAuroral Phenomena", Proc. XXXVI Annual Seminar, Apatity, pp. 6 7 -7 0 , 2013 ©Kola Science Centre, Russian Academy of Science, 2013 Polar Geophysical Institute 67