Вестник МГТУ. 2016, №1.2.

Волков М. А. Авроральная турбулентность ионосферной конвекции 222 УДК 550.385.4: 551.510.535 М. А. Волков Авроральная турбулентность ионосферной конвекции М. А. Volkov Auroral turbulence of the ionospheric convection Аннотация. Исследован процесс формирования двумерных авроральных структур в холодной ионосферно- магнитосферной плазме в условиях конвекции. Возмущения в конвекции приводят к появлению токов, текущих поперек и вдоль магнитных силовых линий. Продольные токи, текущие из ионосферы в магнитосферу, обусловливают появление обратной положительной связи между возмущениями в магнитосфере и ионосфере. Ионосфера рассмотрена как тонкий проводящий неоднородный слой, учтен интегральный эффект от процессов ионизации и рекомбинации заряженных частиц. Процессы в ионосфере считались нелинейными, для изучения процессов в магнитосфере использовано линейное приближение, уравнение распространения альвеновской волны вдоль магнитного поля решено с учетом реалистичного профиля показателя преломления вдоль магнитной силовой линии. В ходе исследований установлено, что для умеренно возмущенных условий интегральная проводимость Холла равна 8 См, время нарастания авроральных возмущений с масштабами поперек магнитного поля в 1 км составляет ~60 с. Возмущения с меньшими поперечными масштабами развиваются быстрее. Тепловое движение частиц приводит к уменьшению инкремента развития неустойчивости и даже к подавлению этого развития. Abstract. The formation of the two-dimensional auroral structures in the cold ionospheric-magnetospheric plasma under convection has been considered. The convection inhomogeneity leads to appearance of the currents across and along the magnetic field lines. The field-aligned currents flowing from the ionosphere into the magnetosphere create positive feedback between magnetospheric and ionospheric perturbations. The ionosphere is assumed as a thin conductive layer, and the processes of ionization and recombination of the charged particles have been considered. The ionospheric processes have been considered as non-linear. In the magnetosphere the linear approximation has been used. The linear equation for the Alfven waves propagating along the magnetic field from the ionosphere to the magnetosphere has been solved with the realistic change of the velocity along the magnetic field lines. It has been found that for moderately disturbed conditions the integral Hall conductivity is equal to 8 S, rise time of auroral disturbances to scale the across the magnetic field of 1 km is ~60 s. The disturbances at the smaller scale have developed faster. The thermal motion of particles in the ionosphere leads to weakening and even suppressing the development of ionospheric disturbances. Ключевые слова: ионосфера, авроральная дуга, продольные токи, альвеновские волны. Key words: ionosphere, auroral arc, field-aligned currents, the Alfven waves. Введение Механизмы обратной связи между движущейся плазмой в магнитосфере и ионосфере предсказаны в работах [1; 2]. В холодной плазме из-за столкновений с нейтральными частицами в ионосфере возникают возмущения электрического и магнитного полей, распространяющиеся вдоль магнитного поля из ионосферы в магнитосферу в форме альвеновской волны. Из-за поляризационных токов на краях области возмущения возникают продольные токи, которые направлены вдоль магнитного поля и могут приводить к возникновению продольного электрического поля, ускорению и высыпанию электронов в ионосферу. Данная обратная связь может стать положительной и привести к нарастанию возмущений. Исследования обратной связи проводятся, как правило, в приближении малых возмущений [3; 4]. Но даже в этом случае более точное решение этой задачи получается при использовании только численных методов, что связано с достаточно неоднородным профилем альвеновской скорости вдоль магнитной силовой линии. Значительные по величине продольные токи (10 –5 А/м 2 ) могут заметно модифицировать ионосферную проводимость, в то же время оказывая малое влияние на концентрацию холодной магнитосферной плазмы. Таким образом, процессы, описывающие обратную связь, могут быть нелинейными в ионосфере и линейными в магнитосфере. В рамках данного приближения с учетом реалистичного изменения альвеновской скорости вдоль магнитной силовой линии в настоящей работе численно исследовано развитие двумерного аврорального возмущения. Описание ионосферы Используем прямоугольную систему координат, ось y направим на запад, ось x к – югу, ось z – вниз, вдоль магнитного поля (Северное полушарие). Рассмотрим двумерные возмущения, зависящие от x и z , т. е. ∂/∂y = 0.