Нарушение симметрии как драйвер магнитосферной динамики

Цели проекта на 2016 год

  1. С использованием метода, апробированного в ([ Kubyshkina et al., 2015 , Semenov et al., 2015 ]), предполагается провести подробное статистическое исследование зависимости суббуревой активности от уровня асимметрии магнитосферы (угла наклона земного диполя), параметров солнечного ветра (плотности, динамического давления, компонент скорости и ММП) и их скачков. Для этого необходимо (а) по имеющимся базам суббурь ([Frey et al., ,Partamies et al., Tanskanen et al. ]) и данным OMNI по параметрам солнечного ветра создать единые базы данных, пригодные для статистического анализа выбранным методом; (б) дополнить полученные базы данных информацией о вариациях угла наклона земного диполя; (в) написать новые и адаптировать имеющиеся программы; (г) построить статистические распределения по числу суббурь для различных параметров СВ и разных баз данных; (г) построить статистические распределения для суббурь разной интенсивности (по индексам геомагнитной активности AL, Dst, SYM-H); (д) провести анализ полученных результатов и сравнение поведения симметричных (например, вариации плотности, динамического давления, модулей скорости и магнитного поля) и несимметричных (направление вектора скорости Vxz и ММП) параметров солнечного ветра
  2. Новые решения уравнения Грэда-Шафранова, полученные в [Семенов с соавт., 2013] позволяют моделировать изгибный токовый слой в зависимости от угла наклона земного диполя и направления солнечного ветра – так называемые асимметричные (обобщенные) модели Кана и Мананковой. В рамках этих двух моделей предполагается: (а) написать новые и адаптировать существующие программы для численного моделирования параметров изгибного токового слоя (распределение и плотность тока, плотность и давление плазмы, нормальная компонента магнитного поля, объем силовых трубок и др.) ; (б) исследовать зависимость параметров токового слоя от степени асимметрии конфигурации (угла наклона диполя+направления солнечного ветра) в разных областях токового слоя (околоземная область, средний и дальний хвост); (в) определить зависимость параметров токового слоя от управляющих параметров модели (отвечающих за вытянутость силовых линий и сдвиг токового слоя) для разных значений дипольного угла; (г) провести расчет аналогичных параметров с использованием адаптивных моделей магнитосферы (см., например [Kubyshkina M., 2011]) для тех же уровней асимметрии; (д) провести детальное сравнение результатов, полученных с помощью адаптивного моделирования и моделей Кана/Мананковой с целью определения оптимальных управляющих параметров теоретических моделей, а также оценки области их применимости.
  3. Провести сравнительное исследование времени задержки между приходом скачка параметров солнечного ветра (отдельно для симметричных (давления/плотности) и несимметричных (направления солнечного ветра и вектора ММП)) параметров и откликом ионосферы по индексам геомагнитной активности (PC, SYM-H, ASY-H).

Ожидаемые в конце 2018 г. научные результаты

  • Квазидинамическое обобщение для модели изгибного токового слоя. Определение посредством численного моделирования динамических параметров (скорость дрейфа, электрическое поле и др.). Выделение условий, благоприятных для пересоединения.
  • Исследование изгибного слоя на устойчивость, численное моделирование роста неустойчивостей и распространения волн в асимметричном токовом слое.
  • Усовершенствованные модели несимметричного пересоединения. Оценка параметров несимметричного пересоединения. Прогноз разницы в эффективности для симметричного и несимметричного пересоединения (для сравнения с последующим экспериментальным исследованием)
  • Оценка эффективности пересоединения в зависимости от угла поворота ММП, статистическое распределение в зависимости от уровня асимметрии.
  • Оценка накопления потока в хвосте для симметричных и несимметричных конфигураций магнитосферы: мы ожидаем, что симметричные конфигурации более эффективны в накоплении потока (копится больший поток), а значит для них выше порог срыва суббури.