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.

“Physics o f Auroral Phenomena", Proc. XXXVI Annual Seminar, Apatity, pp. 93 - 96, 2013 © Kola Science Centre, Russian Academy of Science, 2013 Polar Geophysical Institute ГЕНЕРАЦИЯ КОЛЕБАНИЙ УБЫВАЮЩЕГО ПЕРИОДА ОБЛАКОМ ДРЕЙФУЮЩИХ ПРОТОНОВ С НЕМОНОТОННЫМ ПИТЧ-УГЛОВЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ А.А. Любчич (Полярный геофизический институт, Апатиты, Россия) Аннотация. С целью изучения механизма генерации геомагнитных колебаний убывающего периода (КУП) проведены расчеты инкремента циклотронных волн, возбуждаемых при контакте дрейфующих в долготном направлении энергичных протонов, инжектированных во время суббури, с холодной плазмосферной плазмой. Основное внимание уделено исследованию зависимости характеристик геомагнитных пульсаций КУП (длительность, наклон, частотный диапазон пульсаций) от свойств питч- углового распределения фоновых и дрейфующих энергичных частиц. Питч-угловое распределение моделируется полиномами Лежандра разных степеней, что позволяет исследовать зависимость инкремента от величины и положения градиента на функции распределения. Определены условия, при которых возможна генерация КУП на частотах выше экваториальной гирочастоты гелия. Введение Генерация геомагнитных колебаний убывающего периода (КУП) облаком дрейфующих в долготном направлении энергичных протонов, инжектированных во время суббури, в случае, когда инжектированные и фоновые энергичные протоны имеют питч-угловое распределение вида j p(E ,a )= K(E)-sin2Qa (1) было подробно рассмотрено ранее (Любчич, 2012). Здесь j p - дифференциальный поток энергичных протонов, a - питч-угол, Е - энергия, К(Е) - функция, описывающая энергетический спектр частиц, движущихся поперек магнитного поля, Q - параметр анизотропии, вообще говоря, разный для фоновых и инжектированных энергичных частиц. Отсылаем читателей к работе Любчич [2012] за деталями используемого метода моделирования. Здесь же кратко напомним, что рассматривается плазма, состоящая из энергичных протонов и двух сортов холодных ионов (протоны и ионы Не+). Для расчета локального инкремента УНЧ волн используется модель генерации Kennel and Petschek [1966], обобщенная на случай двуионной холодной плазмы. Для удобства расчетов совершен переход от функции распределения энергичных частиц к их дифференциальным потокам, то есть, к величинам, непосредственно измеряемым на спутниках, по методу, предложенному Cornilleau-Wehrlin et al. [1985]. В итоге получаем: гМ/Ч =я'1 / . \ / ' / А Р - ^ Т / “ р • 1 -СО- / Ч р / / t1- « О - о .5 -ш ; 2-ш„ -+ а„ б-®;)1 ( 2 ) (о .2 5 -ш;)2 Здесь у - локальный инкремент неустойчивости, Qp - протонная гирочастота, г|р - доля резонансных энергичных протонов, Ар- их питч-угловая анизотропия, со’ = co/Qp - нормированная частота УНЧ волн, а р - доля протонов в холодной фоновой плазме (доля холодных ионов гелия, соответственно, равна 1-сср). Ключевыми параметрами для генерации является доля резонансных энергичных протонов , ________________ ж/2 = t 1 p ( erp )=— •"•V8'M p ' erp ' jtga- jp(a,E) da и их анизотропия / \ Я,С 2 Sjp(a .Е) 1%1 , ч A p = A p ( e r p ) = Jtg a—'gp, ,da/ J 2 -tgoc■ jp(cx,E)-dcx (3) (4) E=E„ Mn - Здесь Ne - электронная плотность (холодная плазма предполагается электрически нейтральной), протонная масса, ERp- энергия резонансных протонов. Концентрация холодной плазмы зависит от радиального расстояния и долготы и определяется из комбинации двух эмпирических моделей Sheeley et al. [2001] для концентрации внутри плазмосферы и вне ее при дополнительном учете эмпирического распределения «оторвавшихся» трубок повышенной концентрации вне плазмосферы (Moldwin et al., 2004). За деталями модели следует обращаться к работе (Любчич, 2012). Энергичные протоны состоят из двух популяций. Первая состоит из фоновых энергичных протонов, существующих в магнитосфере в спокойных условиях и ответственных за генерацию пульсаций Pci. Для них функция К(Е) в (1), определяющая фоновые потоки энергичных протонов поперек магнитного поля, с питч-углом 90°, задается эмпирической моделью Milillo et al. [2001]. Вторая популяция состоит из 93