?
Влияние рекуррентных высокоскоростных потоков солнечного ветра на формирование структуры энергетических спектров электронов на геостационарной орбите
Получены и проанализированы количественные оценки влияния скорости и плотности солнечного ветра на структуру энергетических спектров потоков электронов внешнего радиационного пояса (ВРПЗ), сформированные в 2007 г. при воздействии отдельных достаточно изолированных высокоскоростных потоков солнечного ветра (СВ). В 2007 г. было зарегистрировано 29 возрастаний потоков электронов, в которых наблюдались потоки релятивистских электронов ~ 2 МэВ. В работе использованы данные спутника LANL – GEO (диапазон энергии электронов 24,1 – 2000 кэВ) и база данных OMNI для параметров СВ. Для анализа в качествепараметра использовалась плотность плазмы на переднем фронте высокоскоростного потока СВ. Для каждого из 29 возрастаний потоков электронов исследуется зависимость максимальных дифференциальных потоков электронов раздельно от скорости и плотности СВ. Для трёх диапазонов плотности СВ 4 – 6, 6 – 12 и 13 – 21 см-3 исследована зависимость потоков электронов от скорости СВ и для трёх диапазонов скорости СВ 400 – 535, 535 – 602 и 602 – 668 км/с исследована зависимость потоков электронов от
плотности плазмы СВ. На основе статистического анализа были выделены три энергетических диапазона энергий электронов: < 100 кэВ, 100 – 500 кэВ и релятивистские электроны (> 625 кэВ), для которых регистрируются значительные отличия динамики потоков при изменении скорости и плотности СВ. В частности показано, что потоки электронов ~ 100 – 500 кэВ (зародышевые частицы) практически не зависят от вариаций скорости и плотности СВ. Эта область энергий резко ограничена сверху энергией электронов ~ 500 кэВ. Электроны 100 – 500 кэВ ускоряются вне GEO в среднем до энергий 500 кэВ и формируют внешний источник для GEO. По нашим данным, резкий переход от практической независимости потоков электронов от параметров СВ к значительным вариациям потоков электронов > 625 кэВ, зависящих от скорости и плотности СВ, наблюдается при энергии электронов ~ 500 кэВ. Эта величина фактически определяет нижний порог локального резонансного ускорения зародышевых электронов ультранизкочастотными волнами (ULF-волнами) на L ~ 5 до релятивистских энергий (L – параметр Мак-Илвейна, например, магнитная оболочка L = 6 удалена в плоскости геомагнитного экватора от центра Земли на 6Rз, где Rз – радиус Земли). Наши результаты, основанные на исследовании зависимости динамики потоков электронов ВРПЗ от скорости и плотности плазмы СВ, находят подтверждение в целом ряде исследований динамики фазовой плотности потоков электронов ВРПЗ. При анализе энергетических спектров электронов были получены количественные оценки влияния скорости и плотности СВ на формирование потоков релятивистских электронов ВРПЗ. Были получены следующие результаты: 1) уменьшение потока электронов при увеличении плотности плазмы СВ для постоянной скорости СВ; 2) возрастание влияния плотности при увеличении скорости СВ, эффект регистрируется при скорости ≤ 650 км/с.; 3) при скорости СВ > 660 км/с и плотности плазмы СВ > 8 см3 потоки энергичных электронов на геостационарной орбите практически не зависят от плотности СВ. Полученные результаты отражают сложный баланс процессов ускорения и потерь, возникающих при резонансном взаимодействии электронов с ультранизкочастотными (ULF) и ионно-циклотронными (EMIC) волнами. При увеличении плотности плазмы СВ значительно повышается мощност EMIC-волн, которые, в основном, определяют скорость питч-угловой диффузии электронов в конус потерь, которая максимальна для релятивистских электронов.