Связь инжекций плазмы с нестационарными струйными течениями и магнитная конфигурация внутренней магнитосферы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.03.03, кандидат наук Черняев, Иван Анатольевич

• Черняев, Иван Анатольевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Черняев, Иван Анатольевич

Оглавление

Введение

Глава 1. Нестационарные струйные течения и модель плазменных пузырей

1.1 Магнитосферная конвекция и возмущения во внутренней магнитосфере Земли

1.2 Нестационарные струйные течения

1.3 Параметр энтропии и модель плазменного пузыря

1.4 Возможные подходы к расчету параметра энтропии в реальной ночной

магнитосфере

1.5 Исследование характеристик НСТ в области их остановки

1.6 Результаты

Глава 2. Связь нестационарных струйных течений и инжекций плазмы во внутреннюю магнитосферу

2.1 Инжекции плазмы во внутреннюю магнитосферу как результат нестационарных

струйных течений

2.2 Наблюдения и анализ событий

2.3 Роль конфигурации хвоста магнитосферы в формировании инжекций плазмы на

геостационарную орбиту

2.4 Обсуждение результатов

Глава 3. Диагностика магнитной конфигурации ночной магнитосферы по наблюдениям протонных изотропных границ

3.1 Магнитная конфигурация ночной магнитосферы и процесс питч-углового рассеяния в токовом слое

3.2 Пороговое значение параметра К и формирование протонных изотропных границ

3.3 Используемые данные и отбор событий

3.4 Характеристики выборки данных, влияющие на точность проецирования и реалистичность модели магнитного поля экваториальной магнитосферы

3.5 Величины параметра К в области проекций протонных изотропных границ и

положение плазмопаузы

3.6 Обсуждение и заключение

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Связь инжекций плазмы с нестационарными струйными течениями и магнитная конфигурация внутренней магнитосферы»

Введение

Общая характеристика работы

Данная работа посвящена изучению процессов в области перехода от плазменного слоя ко внутренней магнитосфере с акцентом на исследование инжекций энергичной плазмы во внутреннюю магнитосферу. Известно, что инжекции возникают в периоды магнитосферных возмущений (суббурь и бурь), когда в хвосте магнитосферы усиливается перенос плазмы к Земле. В эти периоды значительная часть потока плазмы переносится в плазменном слое в виде узких плазменных струй — нестационарных струйных течений (НСТ; англ.: Bursty Bulk Flows, BBFs), проникновение которых во внутреннюю магнитосферу является одним из возможных механизмов инжекций. В работе проводится исследование факторов, определяющих глубину проникновения НСТ. Основное внимание уделяется проверке предсказаний энтропийной модели движения НСТ, согласно которой глубина проникновения движущейся к Земле плазменной трубки определяется величиной

5/3

параметра энтропии S = pV трубки (p — плазменное давление, V — объем плазменной трубки с единичным магнитным потоком) и магнитной конфигурацией внутренней магнитосферы. Проверка этого предсказания, а также исследование роли НСТ в формировании инжекций плазмы во внутреннюю магнитосферу, проводится на основе спутниковых измерений и результатов эмпирического (в том числе адаптивного) моделирования магнитной конфигурации, необходимых для оценки параметра энтропии в реальной магнитосфере.

В работе получено, что вероятность инжекции плазмы во внутреннюю магнитосферу в первую очередь зависит от радиального распределения параметра энтропии в экваториальной магнитосфере, т. е. от магнитной конфигурации внутренней магнитосферы. На данный момент средства диагностики магнитной конфигурации магнитосферы слабо развиты, а существующие эмпирические модели не могут в полной мере описывать ее динамику. В связи с этим заключительная часть диссертационной работы посвящена исследованию условий в экваториальной внутренней магнитосфере в области проекций протонных изотропных границ, как важной задаче для обоснования возможности дистанционной диагностики магнитной конфигурации внутренней магнитосферы и прогнозирования инжекций плазмы в эту область. Исследования в этой части работы также проводятся с использованием спутниковых измерений и адаптивной

модели, с помощью которой осуществляется проецирование изотропных границ вдоль силовых линий и оценка магнитных условий в области их экваториальных проекций.

Актуальность темы исследования

Инжекции энергичной плазмы являются источником новых популяций энергичных частиц во внутренней магнитосфере, они определяют состояние кольцевого тока и радиационного пояса и оказывают влияние на функционирование геостационарных спутниковых систем. Результаты предыдущих исследований не позволяют дать однозначный ответ на вопрос, существует ли связь между часто наблюдаемыми нестационарными струйными течениями в плазменном слое и сравнительно редкими инжекциями плазмы во внутреннюю магнитосферу. До сих пор точно не установлено, при каких условиях возможно проникновение НСТ в эту область. Таким образом, исследование механизма инжекций плазмы и условий их появления во внутренней магнитосфере является весьма актуальной проблемой.

Столь же актуально развитие методов диагностики магнитной конфигурации внутренней магнитосферы, оказывающей сильное влияние на рассматриваемые явления. Ее определение по данным научных спутников невозможно из-за их малого количества. Одним из перспективных методов является дистанционное зондирование магнитной конфигурации по наблюдениям изотропных границ энергичных частиц над ионосферой [Sergeev et al., 1993], который основан на особенностях питч-углового рассеяния частиц в токовом слое хвоста магнитосферы. До сих пор не была проведена экспериментальная проверка основы этого метода: проверка существования порогового значения параметра K = Rc/p и оценка его величины (Rc и р — величины радиуса кривизны силовой линии и гирорадиуса частицы, соответственно, рассчитанные в центре экваториального токового слоя в области проекции изотропной границы). Такая проверка актуальна еще и потому, что работы последнего времени указывают на возможное существование в хвосте магнитосферы других механизмов рассеяния и ускорения частиц в области вблизи их изотропных границ.

Цель и задачи работы

Целью работы является исследование условий инжекций плазмы во внутреннюю магнитосферу, их связи с нестационарными струйными течениями и состоянием

4

магнитосферного магнитного поля, а также экспериментальная проверка основы метода дистанционного зондирования магнитной конфигурации по наблюдениям изотропных границ над ионосферой.

Задачи диссертационной работы:

1) Исследовать характеристики НСТ в области его остановки и оценить значения параметра энтропии внутри НСТ и в фоновой плазме в этой области при помощи формулы [Wolf et al., 2006]. Провести верификацию этой формулы с помощью адаптивной магнитосферной модели.

2) Сопоставить группы событий изолированных НСТ, зарегистрированных на входе во внутреннюю магнитосферу, при наличии и в отсутствие инжекции плазмы на геостационарной орбите. Определить параметры и факторы, контролирующие глубину проникновения НСТ.

3) С использованием адаптивной модели оценить величину параметра K = R/p в области проекций изотропных границ протонов ~30 и ~80 кэВ в токовый слой хвоста магнитосферы.

Положения, выносимые на защиту

1. Получены экспериментальные подтверждения модели плазменных пузырей и показано, что величина параметра энтропии S = pV5/3 в фоновой плазме в области остановки НСТ примерно равна минимальной величине этого параметра внутри НСТ (с точностью до фактора 2). При помощи адаптивного моделирования подтверждена применимость формулы [Wolf et al., 2006] для оценки объема плазменных трубок по одиночным спутниковым измерениям в экваториальной области хвоста магнитосферы (согласие с точностью до фактора 1.4).

2. Получены новые подтверждения связи НСТ и инжекций плазмы во внутреннюю магнитосферу. В частности, показано, что глубина проникновения НСТ и вероятность инжекции плазмы на геостационарную орбиту в первую очередь определяются магнитной конфигурацией хвоста магнитосферы. А именно, те события, в которых зарегистрированные на входе во внутреннюю магнитосферу НСТ приводили к инжекции плазмы на геостационарную орбиту (~1/3 всех событий), характеризовались сильно вытянутой магнитной конфигурацией ночной магнитосферы (при Bz < 60 нТ на геостационарной орбите).

3. С использованием адаптивного моделирования и измерений спутников THEMIS и POES получены оценки величины K = Rc/p в токовом слое хвоста магнитосферы в области проекций изотропных границ протонов с энергиями ~30 и ~80 кэВ. В ~50% всех рассматриваемых событий значения величины K лежат в интервале [4; 16], что соответствует с точностью до фактора 2 теоретическому пороговому значению Kcr ~ 8 для сильного питч-углового рассеяния в токовом слое. Примерно в половине тех событий, в которых определялось положение плазмопаузы, изотропным границам соответствовали значения K > 16, а их проекции находились на расстояниях менее ~1 RE от плазмопаузы, и высыпания протонов в окрестности этих изотропных границ могли быть сформированы резонансным рассеянием на EMIC волнах.

Научная новизна

1) Впервые исследованы характеристики НСТ в области его остановки. На примере двух событий показано, что НСТ останавливается в области, в которой величина параметра энтропии в окружающей его плазме равна (с точностью до фактора 2) параметру энтропии внутри НСТ.

2) Впервые проведена основанная на спутниковых измерениях проверка формулы W'06, предложенная в работе [Wolf et al., 2006] для расчета объема плазменных трубок по единичным спутниковым измерениям.

3) Получены новые доказательства формирования инжекций плазмы во внутреннюю магнитосферу нестационарными струйными течениями.

4) Впервые получено, что вероятность инжекции плазмы во внутреннюю магнитосферу в первую очередь зависит от магнитной конфигурации хвоста магнитосферы.

5) Впервые исследованы характеристики магнитного поля и получены оценки величины параметра K в области проекций протонных изотропных границ, основанные на спутниковых измерениях.

Практическая ценность

Новые доказательства тесной связи инжекций плазмы во внутреннюю магнитосферу с НСТ и полученная зависимость вероятности появления инжекции от магнитной

6

конфигурации хвоста магнитосферы могут быть применены для развития методик прогнозирования космической погоды. Проведенная проверка формулы W'06, позволяет с большей уверенностью применять ее в дальнейших экспериментальных исследованиях. Проведенное в работе исследование характеристик магнитного поля в области проекций протонных изотропных границ указывает на необходимость дальнейшего изучения процессов ускорения и рассеяния частиц в ночной магнитосфере, приводящих к формированию высыпаний частиц в области их изотропных границ.

Степень достоверности результатов

При экспериментальном исследовании характеристик НСТ в области его остановки сравнение результатов двух различных подходов для расчета объема плазменных трубок показало хорошее согласие между ними (до фактора ~1.4); ранее подобный вывод был получен при опробовании формулы W'06 на конфигурациях, полученных в МГД моделировании струйных течений [Birn et al., 2011]. Вывод о зависимости вероятности появления инжекций от состояния магнитной конфигурации получен на основе анализа трех разных представительных выборок, включая набор данных приведенных в работе [Boakes et al., 2011]. Проецирование наблюдаемых изотропных границ в нейтральный токовый слой проводилось при помощи адаптивной модели AM03, подстраиваемой к данным магнитных измерений не менее трех спутников, располагавшихся в окрестности изучаемой проекции изотропной границы. Для контроля точности модельных конфигураций и проецирования был использован набор параметров, позволяющих осуществлять такой контроль.

Личный вклад автора

Автор проводил все расчеты с использованием моделей AM02 и AM03, участвовал в усовершенствовании этих моделей, осуществлял разработку необходимого программного обеспечения на языке FORTRAN. Автор работы принимал непосредственное участие в анализе и обработке данных, интерпретации результатов, подготовке статей. События регистрации НСТ спутниками THEMIS, используемые во второй главе данной работы, были отобраны Дубягиным С. В. и впервые представлены в работе [Dubyagin et al., 2011].

Все изложенные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами.

Апробация работы

Результаты работы были представлены на международной конференции "Problems of Geocosmos" (Санкт-Петербург) в 2012 и 2014 годах, на ежегодном семинаре "Physics of Auroral Phenomena" (Апатиты) в 2012 и 2013 годах, докладывались на семинарах кафедры физики Земли физического факультета СПбГУ.

Публикации

Результаты диссертации представлены в трех статьях, опубликованных в рецензируемых научных журналах списка ВАК:

1. Sergeev, V. A., I. A. Chernyaev, S. V. Dubyagin, Y. Miyashita, V. Angelopoulos, P. D. Boakes, R. Nakamura, and M. G. Henderson (2012), Energetic particle injections to geostationary orbit: Relationship to flow bursts and magnetospheric state, J. Geophys. Res., 117, A10207, doi:10.1029/2012JA017773.

2. Sergeev, V. A., I. A. Chernyaev, V. Angelopoulos, A. V. Runov, andR Nakamura (2014), Stopping flow bursts and their role in the generation of the substorm current wedge, Geophys. Res. Lett., 41, 1106-1112,doi:10.1002/2014GL059309.

3. Sergeev, V. A., I. A. Chernyaev, V. Angelopoulos, and N. Y. Ganushkina (2015), Magnetospheric conditions near the equatorial footpoints of proton isotropy boundaries, Ann. Geophys., 33, 1485-1493, doi:10.5194/angeo-33-1485-2015.

Структура и объем работы

Диссертация содержит 86 страниц машинописного текста, 29 рисунков и 1 таблицу; состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы (102 наименования).

Содержание работы

Во введении представлены актуальность темы исследования, цели и задачи работы, положения, выносимые на защиту, ее научная новизна и практическая ценность, кратко изложено содержание диссертации.

Первая глава посвящена исследованию характеристик НСТ в области остановки и

5/3

роли параметра энтропии S=pV'3 в динамике НСТ. В разделе 1.1 отображена роль

8

магнитосферной конвекции в формировании возмущений во внутренней магнитосфере Земли, упоминаются различные возможные механизмы проникновения плазмы из плазменного слоя в эту область. Раздел 1.2 посвящен обзору экспериментальных исследований нестационарных струйных течений. Здесь рассматриваются известные наблюдательные характеристики НСТ, их связь с авроральными стримерами, диполизацией и процессом пересоединения в нейтральном токовом слое, отличительные особенности изолированных и неизолированных НСТ. Также представлено описание прежних работ, показавших низкую эффективность проникновения НСТ во внутреннюю магнитосферу. Раздел 1.3 посвящен энтропийной модели НСТ: плазменным пузырям

5/3

(модельному аналогу НСТ) и роли параметра энтропии S = pV в их динамике. Описана эволюция недогруженных плазменных трубок, причины их движения к Земле, зависимость положения области их остановки от магнитной конфигурации хвоста магнитосферы и указаны области ночной магнитосферы, в которых оправдано применение модели плазменных пузырей при описании динамики НСТ. В разделе 1.4 описаны возможные подходы к расчету параметра энтропии в реальной магнитосфере. Рассматривается применение эмпирических моделей магнитного поля и адаптивного моделирования для расчета величины объема плазменных трубок V. Представлен подход для расчета этой величины по единичным спутниковым измерениям, предложенный в работе [Wolf et al., 2006], описаны результаты его тестирования на различных модельных конфигурациях в МГД расчетах и применения в экспериментальных исследованиях. Раздел 1.5 посвящен исследованию характеристик НСТ в области его остановки. Представлены два уникальных события, в которых остановка НСТ произошла внутри компактной группы спутников THEMIS, когда эти спутники находились вблизи внутренней магнитосферы (8 RE < r < 11 RE) в околополуночном секторе. В обоих событиях НСТ остановился дальше от Земли, нежели ближайший к ней спутник THEMIS, что позволило оценить величину параметра энтропии как внутри НСТ, так и в фоновой плазме перед фронтом НСТ. Радиально расположенные спутники THEMIS позволили применить адаптивную модель AM02 для расчета объема плазменных трубок. Результаты расчета по модели AM02 показали хорошее согласие (до фактора ~1.4) с формулой W'06. В разделе 1.6 представлено обсуждение результатов исследования характеристик НСТ в области их остановки. Сделан вывод о том, что НСТ останавливаются в области, где параметр энтропии в фоновой плазме равен параметру энтропии внутри течения (с точностью до фактора 2). Отмечено, что: (1) НСТ, зарегистрированные вблизи внутренней магнитосферы, имеют те же характеристики, что и НСТ, регистрируемые в хвосте (область сжатия перед фронтом, падение концентрации, плазменного давления и

энтропии); (2) прохождение НСТ значительно изменяет распределение давления и параметра энтропии во внутренней магнитосфере; (3) длительность и форма вариаций среднеширотных магнитных возмущений на поверхности Земли хорошо согласуется с вариациями параметров плазмы и магнитного поля, наблюдаемых спутниками THEMIS и соответствующих колебаниям НСТ около области остановки.

Во второй главе представлено статистическое исследование факторов и параметров,

контролирующих глубину проникновения НСТ во внутреннюю магнитосферу, и связи

НСТ с инжекциями плазмы в эту область. В разделе 2.1 приведены основные известные

сведения об инжекциях плазмы во внутреннюю магнитосферу и их связи с НСТ.

Отмечено, что: (1) на геостационарной орбите отсутствуют спутники, измеряющие

одновременно магнитные и плазменные характеристики, что сильно затрудняет

однозначную идентификацию НСТ в этой области; (2) большая часть резких возрастаний

потоков энергичных частиц (инжекции плазмы) в плазменном слое соответствует НСТ

[Gabrielse et al., 2014]; (3) для исследования факторов и условий, при которых возможно

появление НСТ во внутренней магнитосфере, можно использовать предположение, что

проникающий во внутреннюю магнитосферу НСТ создает инжекцию плазмы в этой

области. Раздел 2.2 содержит представление наблюдений и анализ событий,

используемых для статистического исследования. Описываются два набора событий

регистрации изолированных НСТ на входе во внутреннюю магнитосферу: события на

спутниках Geotail и события на спутниках THEMIS; приведены критерии их отбора и

методика сопоставления этих событий с наличием или отсутствием инжекции плазмы на

геостационарной орбите (по данным спутников LANL). Для каждого из наборов

представлен сравнительный анализ (в т. ч. методом наложенных эпох) для двух групп

событий, с инжекцией и при ее отсутствии. В разделе 2.3 изучается роль магнитной

конфигурации хвоста магнитосферы в формировании инжекций плазмы на

геостационарную орбиту. К анализу добавлены обширные списки событий регистрации

начал взрывной фазы суббури (по авроральным наблюдениям) при наличии или при

отсутствии сопутствующих инжекций на геостационарной орбите, взятые из работы

[Boakes et al., 2011]. Параметр энтропии в фоновой плазме на геостационарной орбите в

каждом событии рассчитан при помощи эмпирических моделей T96 [Tsyganenko, 1995] и

TS05 [Tsyganenko and Sitnov, 2005]. Для всех трех наборов событий показана

систематическая зависимость вероятности инжекции от величины параметра энтропии в

ночной части геостационарной орбиты, то есть от магнитной конфигурации хвоста. В

конце раздела дополнительно к упомянутым выше наборам событий добавлены события

инжекций плазмы с резким и отчетливым фронтом диполизации, зарегистрированные

10

спутниками Van Allen Probe (VAP) на расстояниях 4-5 RE от Земли, и для обобщенного набора событий представлено распределение величин Bz компоненты магнитного поля на геостационарной орбите, рассчитанной по модели TA15 [Tsyganenko and Andreeva, 2015] в моменты инжекций. В этом представлении также ярко выражена систематическая зависимость вероятности инжекции плазмы во внутреннюю магнитосферу от состояния магнитной конфигурации ночной магнитосферы. Раздел 2.4 содержит обсуждение результатов и выводы, касающиеся факторов, контролирующих глубину проникновения НСТ во внутреннюю магнитосферу, и связи НСТ с инжекциями плазмы в эту область. Сделан вывод о том, что вероятность инжекции во внутреннюю магнитосферу (и проникновения НСТ в эту область) в первую очередь зависит от магнитной конфигурации хвоста (радиального распределения параметра энтропии в фоновой плазме). Отмечено, что лишь ~1/3 всех НСТ, зарегистрированных на входе во внутреннюю область достигла геостационарной орбиты, и большинство течений останавливается на расстояниях 7-10 RE от Земли. Также в разделе кратко обсуждены причины численных различий в величинах параметра энтропии, рассчитанных двумя разными способами (по формуле W'06 и по эмпирическим моделям).

В главе 3 обсуждаются проблемы использования протонных изотропных границ для

диагностики магнитной конфигурации ночной магнитосферы и представлено

исследование характеристик магнитного поля в области проекций ИГ в экваториальную

магнитосферу. В разделе 3.1 отмечены основные подходы к определению магнитной

конфигурации хвоста магнитосферы и приведены сведения о процессе питч-углового

рассеяния в токовом слое, о существовании порогового значения параметра K = Rc/p, при

котором амплитуда углового рассеяния при однократном пересечении частицей токового

слоя сопоставима с размером конуса потерь. Упомянуто, что в ранних траекторных

расчетах с использованием простейших одномерных моделей токовых слоев [Sergeev and

Tsyganenko, 1982; Sergeev and Malkov, 1988, Delcourt et al. 1996] проведена оценка

величины порогового значения Kcr ~ 8, которое экспериментально не проверялось.

Отмечена важная роль порогового значения Kcr в формировании положения

экваториальных границ зоны изотропных высыпаний энергичных заряженных частиц

(изотропных границ, ИГ), и возможность использования широты ИГ для оценки

состояния магнитосферной конфигурации. В разделе 3.2 указано, что согласно недавним

результатам исследования морфологии ИГ [Sergeev et al., 2015], в хвосте магнитосферы

могут присутствовать другие механизмы рассеяния и ускорения частиц, помимо питч-

углового рассеяния в токовом слое. В частности, протоны разных энергий могут

рассеиваться при взаимодействии с электромагнитными ионно-циклотронными (EMIC)

11

волнами. Обсуждается важность экспериментальной проверки существования порогового значения величины K. Обосновывается выбор адаптивной модели AM03 для проведения такой проверки: (1) проецирование вдоль силовых линий магнитного поля невозможно без использования моделей, и (2) эмпирические модели обладают недостаточной точностью проецирования (превышающей 1 -2o геомагнитной широты). В разделе 3.3 описаны используемые данные и критерии отбора событий для исследования характеристик магнитного поля в области проекций протонных изотропных границ. Показаны особенности анализа наблюдений изотропных границ протонов ~30 и ~80 кэВ по измерениям низковысотных полярных спутников NOAA и отображен процесс отбора событий. В исследование вошли только те события, в которых в окрестности (размером в несколько RE) проекции изотропной границы в нейтральный токовый слой располагались несколько спутников THEMIS, данные которых использовались для построения модельных конфигураций при помощи модели AM03. Приведен метод расчета параметра K и описано, как в каждом событии определялось положение границы плазмосферы (плазмопаузы), области с наиболее вероятным появлением EMIC волн. Раздел 3.4 содержит описание параметров, введенных для контроля точности проецирования и точности вычисления величин, используемых при расчете параметра K. Все события разбиты на две группы, с наибольшей и наименьшей достоверностью получаемых результатов. В разделе 3.5 представлен анализ полученных значений параметра K в области проекций протонных изотропных границ. Отмечено, что наибольшее число значений K (48%) попало в интервал от 4 до 16 (в пределах фактора 2 от теоретического порогового значения) и нет значений K < 4. Представлен сравнительный анализ групп событий с наибольшей и наименьшей достоверностью результатов: значения K > 35 встречаются только в группе событий с наименьшей точностью модельных конфигураций. Также показано, что в событиях с K > 16 проекции изотропных границ располагаются ближе к плазмопаузе (как вне, так и внутри плазмосферы), нежели в событиях с K < 16. Раздел 3.6 содержит обсуждение результатов, представленных в разделе 3.5, и обсуждение возможных причин существования значений K значительно превышающих (более чем в 2 раза) предсказываемое теорией пороговое значение Kcr ~ 8. Отмечено, что значения K > 35 не описывают реальных характеристик магнитного поля в области проекций изотропных границ, так как они были получены только в группе событий с наименьшей достоверностью результатов. Отсутствие значений K < 4 и тот факт, что наибольшее число определенных величин K лежит в интервале от 4 до 16, подтверждают возможность существования пороговой величины Kcr ~ 8. В свою очередь, близкое расположение к плазмосфере проекций ИГ, характеризующихся K > 16, указывает

на то, что эти границы могли быть сформированы резонансным рассеянием на ЕМ1С волнах. Для ИГ протонов Е ~ 30 кэВ величина параметра К всегда превышает значение этого параметра на сопутствующей ей ИГ протонов Е ~ 80 кэВ, что может быть связано с большими по сравнению с моделью реальными радиальными градиентами магнитного поля или с существованием зависимости порогового значения Ксг от энергии протонов.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Глава 1

Нестационарные струйные течения и модель плазменных пузырей

1.1 Магнитосферная конвекция и возмущения во внутренней

магнитосфере Земли

Крупномасштабная циркуляция плазмы в магнитосфере Земли (магнитосферная конвекция) играет важную роль в формировании глобальных магнитных возмущений, обусловленных взаимодействием магнитосферы с солнечным ветром. В начале 60-х годов прошлого столетия была предложена качественная модель, описывающая механизм генерации магнитосферной конвекции [Dungey, 1961]. В ней предполагалось, что непроницаемость магнитосферной границы (магнитопаузы) может нарушаться в результате процесса пересоединения антипараллельных силовых линий магнитного поля Земли и солнечного ветра (N1 на рисунке 1). Образованные процессом пересоединения силовые линии совместно с плазмой солнечного ветра переносятся в хвост магнитосферы (2 ^ 5 и 2' ^ 5' на рис. 1), что приводит к росту магнитного потока в долях. В солнечном ветре и значительной части магнитосферы выполняется условие вмороженности Е = — \v X В~\, что позволяет перейти от абстрактного понятия силовых линий (силовых трубок) к материальным объектам — плазменным трубкам. Повторный процесс пересоединения в нейтральном токовом слое хвоста магнитосферы (N2 на рис. 1) формирует замкнутую плазменную трубку (7 на рис. 1), движущуюся к Земле, и плазмоид (7' на рис. 1), движущийся от Земли. Движение плазменных трубок к Земле, а затем их возвращение в подсолнечную область, завершает цикл циркуляции плазмы (7 ^ 9 на рис. 1). Описываемый механизм генерации магнитосферной конвекции оказался реально действующим в магнитосфере Земли. В частности, он хорошо согласуется с двухвихревой конвекцией, наблюдаемой в ионосфере, и рядом других экспериментальных данных [Cowley, 1982]. Из уравнения Е = —\v X В] следует, что движение плазменных трубок к Земле эквивалентно появлению электрического поля поперек хвоста магнитосферы Ey (с утра на вечер). Из экспериментальных данных получено, что разность потенциалов поперек хвоста составляет от 20 кВ в спокойных условиях до 100 кВ при сильных

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Черняев, Иван Анатольевич, 2017 год

Список литературы

1. Alfven H. (1954), On the origin of cosmic radiation, Tellus, 6, 232.

2. Angelopoulos, V., W. Baumjohann, C. F. Kennel, F. V. Coroniti, M. G. Kivelson, R. Pellat, R. J. Walker, H. Luhr, and G. Paschmann (1992), Bursty bulk flows in the inner central plasma sheet, J. Geophys. Res., 97(A4), 4027-4039, doi:10.1029/91JA02701.

3. Angelopoulos, V., C. F. Kennel, F. V. Coroniti, R. Pellat, M. G. Kivelson, R. J. Walker, C. T. Russell, W. Baumjohann, W. C. Feldman, and J. T. Gosling (1994), Statistical characteristics of bursty bulk flow events, J. Geophys. Res., 99(A11), 21257-21280, doi :10.1029/94JA01263.

4. Angelopoulos, V., et al. (1997), Magnetotail flow bursts: Association to global magnetospheric circulation, relationship to ionospheric activity and direct evidence for localization, Geophys. Res. Lett., 24(18), 2271-2274, doi:10.1029/97GL02355.

5. Arnoldy, R. L., and K. W. Chan (1969), Particle substorms observed at the geostationary orbit, J. Geophys. Res., 74(21), 5019-5028, doi:10.1029/JA074i021p05019.

6. Asano, Y., et al. (2010), Electron acceleration signatures in the magnetotail associated with substorms, J. Geophys. Res., 115, A05215, doi:10.1029/2009JA014587.

7. Asikainen, T., K. Mursula, and V. Maliniemi (2012), Correction of detector noise and recalibration of NOAA/MEPED energetic proton fluxes, J. Geophys. Res., 117, A09204, doi:10.1029/2012JA017593.

8. Baker, D. N., R. D. Belian, P. R. Higbie, and E. W. Hones Jr. (1979), High-energy magnetospheric protons and their dependence on geomagnetic and interplanetary conditions, J. Geophys. Res., 84(A12), 7138-7154, doi:10.1029/JA084iA12p07138.

9. Baumjohann, W., G. Paschmann, and H. Luhr (1990), Characteristics of high-speed ion flows in the plasma sheet, J. Geophys. Res., 95(A4), 3801-3809, doi:10.1029/JA095iA04p03801.

10. Belian, R. D., D. N. Baker, P. R. Higbie, and E. W. Hones Jr. (1978), High-resolution energetic particle measurements at 6.6 RE, 2. High-energy proton drift echoes, J. Geophys. Res., 83(A10), 4857-4862, doi:10.1029/JA083iA10p04857.

11. Belian, R. D., D. N. Baker, E. W. Hones Jr., P. R. Higbie, S. J. Bame, and J. R. Asbridge (1981), Timing of energetic proton enhancements relative to magnetospheric substorm activity and its implication for substorm theories, J. Geophys. Res., 86(A3), 1415-1421, doi :10.1029/JA086iA03p01415.

12. Birn, J., M. F. Thomsen, J. E. Borovsky, G. D. Reeves, D. J. McComas, and R. D. Belian (1997), Characteristic plasma properties during dispersionless substorm injections at geosynchronous orbit, J. Geophys. Res., 102(A2), 2309-2324, doi:10.1029/96JA02870.

13. Birn, J., J. Raeder, Y. L. Wang, R. A. Wolf, and M. Hesse (2004), On the propagation of bubbles in the geomagnetic tail, Ann. Geophys., 22, 1773-1786.

14. Birn, J., M. Hesse, and K. Schindler (2006), Entropy conservation in simulations of magnetic reconnection, Phys. Plasmas, 13, 092,117, doi: 10.1063/1.2349440.

15. Birn, J., M. Hesse, K. Schindler, and S. Zaharia (2009), Role of entropy in magnetotail dynamics, J. Geophys. Res., 114, A00D03, doi:10.1029/2008JA014015.

16. Birn, J., R. Nakamura, E. V. Panov, and M. Hesse (2011), Bursty bulk flows and dipolarization in MHD simulations of magnetotail reconnection, J. Geophys. Res., 116, A01210, doi:10.1029/2010JA016083.

17. Birn, J., and M. Hesse (2013), The substorm current wedge in MHD simulations, J. Geophys. Res. Space Physics, 118, 3364-3376, doi:10.1002/jgra.50187.

18. Birn, J., and M. Hesse (2014), The substorm current wedge: Further insights from MHD simulations, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 3503-3513, doi:10.1002/2014JA019863.

19. Boakes, P. D., S. E. Milan, G. A. Abel, M. P. Freeman, G. Chisham, and B. Hubert (2011), A superposed epoch investigation of the relation between magnetospheric solar wind driving and substorm dynamics with geosynchronous particle injection signatures, J. Geophys. Res., 116, A01214, doi:10.1029/2010JA016007.

20. Chen, C. X., and R. A. Wolf (1999), Theory of thin-filament motion in Earth's magnetotail and its application to bursty bulk flows, J. Geophys. Res., 104(A7), 1461314626, doi :10.1029/1999JA900005.

21. Cowley, S. W. H. (1982), The causes of convection in the Earth's magnetosphere: A review of developments during the IMS, Rev. Geophys., 20(3), 531-565, doi :10.1029/RG020i003p00531.

22. Delcourt, D. C., J.-A. Sauvaud, R. F. Martin Jr., and T. E. Moore (1996), On the nonadiabatic precipitation of ions from the near-Earth plasma sheet, J. Geophys. Res., 101(A8), 17409-17418, doi:10.1029/96JA01006.

23. Dubyagin, S., V. Sergeev, S. Apatenkov, V. Angelopoulos, R. Nakamura, J. McFadden, D. Larson, and J. Bonnell (2010), Pressure and entropy changes in the flow-braking region during magnetic field dipolarization, J. Geophys. Res., 115, A10225, doi:10.1029/2010JA015625.

24. Dubyagin, S., V. Sergeev, S. Apatenkov, V. Angelopoulos, A. Runov, R. Nakamura, W. Baumjohann, J. McFadden, and D. Larson (2011), Can flow bursts penetrate into the inner magnetosphere? Geophys. Res. Lett., 38, L08102, doi:10.1029/2011GL047016.

25. Dungey, J. W. (1961), The steady state of the Chapman-Ferraro problem in two dimensions, J. Geophys. Res., 66(4), 1043-1047, doi:10.1029/JZ066i004p01043.

26. Ejiri, M., R. Hoffman, and P. H. Smith (1980), Energetic particle penetrations into the inner magnetosphere, J. Geophys. Res., 85(A2), 653-663, doi:10.1029/JA085iA02p00653.

27. Erickson, G. M. and Wolf, R. A. (1980), Is steady convection possible in the Earth's magnetotail?. Geophys. Res. Lett., 7: 897-900. doi:10.1029/GL007i011p00897.

28. Gabrielse, C., V. Angelopoulos, A. Runov, and D. L. Turner (2014), Statistical characteristics of particle injections throughout the equatorial magnetotail, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 2512-2535, doi:10.1002/2013JA019638.

29. Ganushkina, N. Y., O. A. Amariutei, Y. Y. Shprits, and M. W. Liemohn (2013), Transport of the plasma sheet electrons to the geostationary distances, J. Geophys. Res. Space Physics, 118, 82-98, doi:10.1029/2012JA017923.

30. Ganushkina, N. Y., M. W. Liemohn, O. A. Amariutei, and D. Pitchford (2014), Low-energy electrons (5-50 keV) in the inner magnetosphere, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 246-259, doi:10.1002/2013JA019304.

31. Garner, T. W., R. A. Wolf, R. W. Spiro, M. F. Thomsen, and H. Korth (2003), Pressure balance inconsistency exhibited in a statistical model of magnetospheric plasma, J. Geophys. Res., 108, 1331, doi:10.1029/2003JA009877, A8.

32. Grigorenko, E. E., J.-A. Sauvaud, L. Palin, C. Jacquey, and L. M. Zelenyi (2014), THEMIS observations of the current sheet dynamics in response to the intrusion of the high-velocity plasma flow into the near-Earth magnetotail, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 6553-6568, doi:10.1002/2013JA019729.

33. Hesse, M., and J. Birn (1993), Three-dimensional magnetotail equilibria by numerical relaxation techniques, J. Geophys. Res., 98(A3), 3973-3982, doi:10.1029/92JA02905.

34. Hones Jr., E. W., S. Singer, and C. S. R. Rao (1968), Simultaneous observations of electrons (E > 45 keV) at 2000-kilometer altitude and at 100,000 kilometers in the magnetotail, J. Geophys. Res., 73(23), 7339-7359, doi:10.1029/JA073i023p07339.

35. Karlsson, T., M. Hamrin, H. Nilsson, A. Kullen, and T. Pitkänen (2015), Magnetic forces associated with bursty bulk flows in Earth's magnetotail. Geophys. Res. Lett., 42, 3122-3128. doi: 10.1002/2015GL063999.

36. Kauristie, K., V. A. Sergeev, M. Kubyshkina, T. I. Pulkkinen, V. Angelopoulos, T. Phan, R. P. Lin, and J. A. Slavin (2000), Ionospheric current signatures of transient plasma sheet flows, J. Geophys. Res., 105(A5), 10677-10690, doi:10.1029/1999JA900487.

37. Keiling, A., et al. (2009), Substorm current wedge driven by plasma flow vortices: THEMIS observations, J. Geophys. Res., 114, A00C22, doi:10.1029/2009JA014114.

38. Kubyshkina, M. V., V. A. Sergeev, and T. I. Pulkkinen (1999), Hybrid Input Algorithm: An event-oriented magnetospheric model, J. Geophys. Res., 104(A11), 24977-24993, doi :10.1029/1999JA900222.

39. Kubyshkina, M. V., V. A. Sergeev, S. V. Dubyagin, S. Wing, P. T. Newell, W. Baumjohann, and A. T. Y. Liu (2002), Constructing the magnetospheric model including pressure measurements, J. Geophys. Res., 107(A6), doi:10.1029/2001JA900167.

40. Kubyshkina, M., V. Sergeev, N. Tsyganenko, V. Angelopoulos, A. Runov, H. Singer, K. H. Glassmeier, H. U. Auster, and W. Baumjohann (2009), Toward adapted time-dependent magnetospheric models: A simple approach based on tuning the standard model, J. Geophys. Res., 114, A00C21, doi:10.1029/2008JA013547.

41. Kubyshkina, M., V. Sergeev, N. Tsyganenko, V. Angelopoulos, A. Runov, E. Donovan, H. Singer, U. Auster, and W. Baumjohann (2011), Time-dependent magnetospheric configuration and breakup mapping during a substorm, J. Geophys. Res., 116, A00I27, doi :10.1029/2010JA015882.

42. Lee, D.-Y., H.-S. Kim, S. Ohtani, and M. Y. Park (2012), Statistical characteristics of plasma flows associated with magnetic dipolarizations in the near-tail region of r < 12 Re, J. Geophys. Res., 117, A01207, doi:10.1029/2011JA017246.

43. Lemon, C., F. Toffoletto, M. Hesse, and J. Birn (2003), Computing magnetospheric force equilibria, J. Geophys. Res., 108, 1237, doi:10.1029/2002JA009702, A6.

44. Li, X., I. Roth, M. Temerin, J. Wygant, M. K. Hudson, and J. B. Blake (1993), Simulation of the prompt energization and transport of radiation particles during the March 23, 1991 SSC, Geophys. Res. Lett., 20, 2423, doi:10.1029/93GL02701.

45. Li, X., D. N. Baker, M. Temerin, G. D. Reeves, and R. D. Belian (1998), Simulation of dispersionless injections and drift echoes of energetic electrons associated with substorms, Geophys. Res. Lett., 25(20), 3763-3766, doi:10.1029/1998GL900001.

46. Liang, J., E. Donovan, B. Ni, C. Yue, F. Jiang, and V. Angelopoulos (2014), On an energy-latitude dispersion pattern of ion precipitation potentially associated with magnetospheric EMIC waves, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 8137-8160, doi :10.1002/2014JA020226.

47. Liou, K., C.-I. Meng, P. T. Newell, A. T. Y. Lui, G. D. Reeves, and R. D. Belian (2001), Particle injections with auroral expansions, J. Geophys. Res., 106(A4), 5873-5881, doi :10.1029/2000JA003003.

48. Lvova, E. A., Sergeev, V. A., and Bagautdinova, G. R. (2005), Statistical study of the proton isotropy boundary, Ann. Geophys., 23, 1311-1316, doi:10.5194/angeo-23-1311-2005.

49. Nakamura, R., W. Baumjohann, R. Schödel, M. Brittnacher, V. A. Sergeev, M. Kubyshkina, T. Mukai, and K. Liou (2001), Earthward flow bursts, auroral streamers, and small expansions, J. Geophys. Res., 106(A6), 10791-10802, doi:10.1029/2000JA000306.

50. Nakamura, R., et al. (2004), Spatial scale of high-speed flows in the plasma sheet observed by Cluster, Geophys. Res. Lett., 31, L09804, doi:10.1029/2004GL019558.

51. Nishimura, Y., et al. (2011), Estimation of magnetic field mapping accuracy using the pulsating aurora-chorus connection, Geophys. Res. Lett., 38, L14110, doi :10.1029/2011GL048281.

52. Nishimura, Y., L. R. Lyons, T. Kikuchi, V. Angelopoulos, E. Donovan, S. Mende, P. J. Chi, and T. Nagatsuma (2012), Formation of substorm Pi2: A coherent response to auroral streamers and currents, J. Geophys. Res., 117, A09218, doi:10.1029/2012JA017889.

53. Ohtani, S., M. A. Shay, and T. Mukai (2004), Temporal structure of the fast convective flow in the plasma sheet: Comparison between observations and two-fluid simulations, J. Geophys. Res., 109, A03210, doi:10.1029/2003JA010002.

54. Ohtani, S., H. J. Singer, and T. Mukai (2006), Effects of the fast plasma sheet flow on the geosynchronous magnetic configuration: Geotail and GOES coordinated study, J. Geophys. Res., 111, A01204, doi:10.1029/2005JA011383.

55. Panov, E. V., et al. (2010), Multiple overshoot and rebound of a bursty bulk flow, Geophys. Res. Lett., 37, L08103, doi:10.1029/2009GL041971.

56. Petrukovich, A. A., V. A. Sergeev, L. M. Zelenyi, T. Mukai, T. Yamamoto, S. Kokubun, K. Shiokawa, C. S. Deehr, Y. Budnick, J. Buchner, A. O. Fedorov, V. P. Grigorieva, T. J. Hughes, N. F. Pissarenko, S. A. Romanov, I. Sandahl (1998), Two spacecraft observations of a reconnection pulse during an auroral breakup, J. Geophys. Res., 103(A1), 47-59, doi :10.1029/97JA02296.

57. Petrukovich, A. A., A. V. Artemyev, H. V. Malova, V. Y. Popov, R. Nakamura, and L. M. Zelenyi (2011), Embedded current sheets in the Earth's magnetotail, J. Geophys. Res., 116, A00I25, doi:10.1029/2010JA015749.

58. Pontius, D. H., and R. A. Wolf (1990), Transient flux tubes in the terrestrial magnetosphere, Geophys. Res. Lett., 17(1), 49-52, doi:10.1029/GL017i001p00049.

59. Pulkkinen, T. I., D. N. Baker, D. H. Fairfield, R. J. Pellinen, J. S. Murphree, R. D. Elphinstone, R. L. McPherron, J. F. Fennell, R. E. Lopez, and T. Nagai (1991), Modeling the growth phase of a substorm using the Tsyganenko model and multi-spacecraft observations: CDAW-9, Geophys. Res. Lett., 18, 1963-1966, doi:10.1029/91GL02002.

60. Schödel, R., W. Baumjohann, R. Nakamura, V. A. Sergeev, and T. Mukai (2001a), Rapid flux transport in the central plasma sheet, J. Geophys. Res., 106(A1), 301-313, doi :10.1029/2000JA900139.

61. Schödel, R., R. Nakamura, W. Baumjohann, and T. Mukai (2001b), Rapid flux transport and plasma sheet reconfiguration, J. Geophys. Res., 106(A5), 8381-8390, doi:10.1029/2000JA900159.

62. Sergeev, V. A. and Tsyganenko, N. A. (1982), Energetic particle losses and trapping boundaries as deduced from calculations with a realistic magnetic field model, Planet. Space Sci., 10, 999-1006.

63. Sergeev, V. A. and Malkov, M. V. (1988), Diagnostic of the magnetic configuration of the plasma sheet from measurements of energetic electrons above the ionosphere, Geomagn. Aeron., 28, 649-653.

64. Sergeev, V. A., M. Malkov, and K. Mursula (1993), Testing the isotropic boundary algorithm method to evaluate the magnetic field configuration in the tail, J. Geophys. Res., 98(A5), 7609-7620, doi:10.1029/92JA02587.

65. Sergeev, V. A., V. Angelopoulos, J. T. Gosling, C. A. Cattell, and C. T. Russell (1996), Detection of localized, plasma-depleted flux tubes or bubbles in the midtail plasma sheet, J. Geophys. Res., 101(A5), 10817-10826, doi:10.1029/96JA00460.

66. Sergeev, V. A., M. A. Shukhtina, R. Rasinkangas, A. Korth, G. D. Reeves, H. J. Singer, M. F. Thomsen, and L. I. Vagina (1998), Event study of deep energetic particle injections during substorm, J. Geophys. Res., 103(A5), 9217-9234, doi:10.1029/97JA03686.

67. Sergeev, V. A., et al. (2000), Multiple-spacecraft observation of a narrow transient plasma jet in the Earth's plasma sheet, Geophys. Res. Lett., 27, 851-854, doi:10.1029/1999GL010729.

68. Sergeev, V. A., I. A. Chernyaev, S. V. Dubyagin, Y. Miyashita, V. Angelopoulos, P. D. Boakes, R. Nakamura, and M. G. Henderson (2012), Energetic particle injections to geostationary orbit: Relationship to flow bursts and magnetospheric state, J. Geophys. Res., 117, A10207, doi:10.1029/2012JA017773.

69. Sergeev, V. A., I. A. Chernyaev, V. Angelopoulos, A. V. Runov, and R. Nakamura (2014), Stopping flow bursts and their role in the generation of the substorm current wedge, Geophys. Res. Lett., 41, 1106-1112,doi:10.1002/2014GL059309.

70. Sergeev, V. A., I. A. Chernyaev, V. Angelopoulos, and N. Y. Ganushkina (2015a), Magnetospheric conditions near the equatorial footpoints of proton isotropy boundaries, Ann. Geophys., 33, 1485-1493, doi:10.5194/angeo-33-1485-2015.

71. Sergeev, V. A., S. A. Chernyaeva, S. V. Apatenkov, N. Y. Ganushkina, and S. V. Dubyagin (2015b), Energy-latitude dispersion patterns near the isotropy boundaries of energetic protons, Ann. Geophys., 33, 1059-1070.

72. Sharma, A. S., et al. (2008), Transient and localized processes in the magnetotail: a review, Ann. Geophys., 26, 955-1006.

73. Shevchenko, I. G., V. Sergeev, M. Kubyshkina, V. Angelopoulos, K. H. Glassmeier, and H. J. Singer (2010), Estimation of magnetosphere-ionosphere mapping accuracy using isotropy boundary and THEMIS observations, J. Geophys. Res., 115, A11206, doi:10.1029/2010JA015354.

74. Shiokawa, K., W. Baumjohann, and G. Haerendel (1997), Braking of high-speed flows in the near-Earth tail, Geophys. Res. Lett., 24(10), 1179-1182, doi:10.1029/97GL01062.

75. Slavin, J. A., et al. (2003), Cluster electric current density measurements within a magnetic flux rope in the plasma sheet, Geophys. Res. Lett., 30, 1362, doi:10.1029/2002GL016411, 7.

76. Spence, H. E., and M. G. Kivelson (1993), Contributions of the low-latitude boundary layer to the finite width magnetotail convection model, J. Geophys. Res., 98(A9), 1548715496, doi:10.1029/93JA01531.

77. Stepanova, M., and E. E. Antonova (2015), Role of turbulent transport in the evolution of the к distribution functions in the plasma sheet. J. Geophys. Res. Space Physics, 120, 37023714. doi: 10.1002/2014JA020684.

78. Takada, T., R. Nakamura, W. Baumjohann, Y. Asano, M. Volwerk, T. L. Zhang, B. Klecker, H. Reme, E. A. Lucek, and C. Carr (2006), Do BBFs contribute to inner magnetosphere dipolarizations: Concurrent Cluster and Double Star observations, Geophys. Res. Lett., 33, L21109, doi:10.1029/2006GL027440.

79. Tsyganenko, N. A. (1989), A magnetospheric magnetic field model with a warped tail current sheet, Planet. Space Sci., 37, 5.

80. Tsyganenko, N. A. (1995), Modeling the Earth's magnetospheric magnetic field confined within a realistic magnetopause, J. Geophys. Res., 100(A4), 5599-5612, doi :10.1029/94JA03193.

81. Tsyganenko, N. A., and T. Mukai (2003), Tail plasma sheet models derived from Geotail particle data, J. Geophys. Res., 108(A3), 1136, doi:10.1029/2002JA009707.

82. Tsyganenko, N. A., and M. I. Sitnov (2005), Modeling the dynamics of the inner magnetosphere during strong geomagnetic storms, J. Geophys. Res., 110, A03208, doi :10.1029/2004JA010798.

83. Tsyganenko, N. A., and V. A. Andreeva (2015), A forecasting model of the magnetosphere driven by an optimal solar wind coupling function, J. Geophys. Res. Space Physics, 120, 8401-8425, doi:10.1002/2015JA021641.

84. Wang, C.-P., L. R. Lyons, R. A. Wolf, T. Nagai, J. M. Weygand, and A. T. Y. Lui (2009), The plasma sheet PV5/3 and nV and associated plasma and energy transport for different convection strengths and AE levels, J. Geophys. Res., 114, A00D02, doi :10.1029/2008JA013849.

85. Wang, C.-P., S. G. Zaharia, L. R. Lyons, and V. Angelopoulos (2013), Spatial distributions of ion pitch angle anisotropy in the near-Earth magnetosphere and tail plasma sheet, J. Geophys. Res. Space Physics, 118, 244-255, doi:10.1029/2012JA018275.

86. Wolf, R. A., V. Kumar, F. R. Toffoletto, G. M. Erickson, A. M. Savoie, C. X. Chen, and

5/3

C. L. Lemon (2006), Estimating local plasma sheet PV from single-spacecraft measurements, J. Geophys. Res., 111, A12218, doi:10.1029/2006JA012010.

87. Wolf, R. A., Y. Wan, X. Xing, J.-C. Zhang, and S. Sazykin (2009), Entropy and plasma sheet transport, J. Geophys. Res., 114, A00D05, doi:10.1029/2009JA014044.

88. Wolf, R. A., C. X. Chen, and F. R. Toffoletto (2012), Thin filament simulations for Earth's plasma sheet: Interchange oscillations, J. Geophys. Res., 117, A02215, doi :10.1029/2011 JA016971.

89. Yahnin A.G., T.Bosinger, J.Kangas, and R.D.Belian (1990), Some implications on substorm dynamics inferred from correlations between multiple flux peaks of drifting proton clouds and ground observations, Ann.Geophys., 8, 327.

90. Yahnin, A. G., and T. A. Yahnina (2007), Energetic proton precipitation related to ion-cyclotron waves, J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 69(14), 1690-1706.

91. Yang, J., F. R. Toffoletto, and Y. Song (2010a), Role of depleted flux tubes in steady magnetospheric convection: Results of RCM-E simulations, J. Geophys. Res., 115, A00I11, doi :10.1029/2010JA015731.

92. Yang, J., F. R. Toffoletto, G. M. Erickson, and R. A. Wolf (2010b), Superposed epoch study of PV5/3 during substorms, pseudobreakups and convection bays, Geophys. Res. Lett., 37, L07102, doi:10.1029/2010GL042811.

93. Yang, J., F. R. Toffoletto, R. A. Wolf, and S. Sazykin (2011), RCM-E simulation of ion acceleration during an idealized plasma sheet bubble injection, J. Geophys. Res., 116, A05207, doi :10.1029/2010JA016346.

94. Yang, J., F. R. Toffoletto, R. A. Wolf, S. Sazykin, P. A. Ontiveros, and J. M. Weygand (2012), Large-scale current systems and ground magnetic disturbance during deep substorm injections, J. Geophys. Res., 117, A04223, doi:10.1029/2011JA017415.

95. Yang, J., R. A. Wolf, F. R. Toffoletto, and S. Sazykin (2013), RCM-E simulation of substorm growth phase arc associated with large-scale adiabatic convection, Geophys. Res. Lett., 40, 6017-6022, doi:10.1002/2013GL058253.

96. Yue, C., C.-P. Wang, L. Lyons, J. Liang, E. F. Donovan, S. G. Zaharia, and M. Henderson (2014), Current sheet scattering and ion isotropic boundary under 3-D empirical force-balanced magnetic field, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 8202-8211, doi :10.1002/2014JA020172.

97. Zaharia, S., C. Z. Cheng, and J. R. Johnson (2000), Particle transport and energization associated with substorms, J. Geophys. Res., 105(A8), 18741-18752, doi :10.1029/1999JA000407.

98. Zesta E., L. R. Lyons, E. Donovan (2000), The auroral signature of earthward flow burts observed in the magnetotail, Geophys. Res. Lett., 27(20), 3241-3244, doi :10.1029/2000GL000027.

99. Zesta, E., L. Lyons, C.-P. Wang, E. Donovan, H. Frey, and T. Nagai (2006), Auroral poleward boundary intensifications (PBIs): Their two-dimensional structure and associated dynamics in the plasma sheet, J. Geophys. Res., 111, A05201, doi:10.1029/2004JA010640.

100. Альвен Г. и К.-Г. Фельтхаммар, Космическая электродинамика, 2-е издание, издательство «МИР», Москва, 1967.

101. Апатенков С. В., Т. М. Сугак, В. А. Сергеев, М. А. Шухтина, Р. Накамура, В. Баумйоханн, П. Дали (2009), Скорость радиального распространения инжекций энергичных частиц по измерениям спутников С1ш1е, Космические исследования, том 47, №1, с. 25-32.

102. Власова, Н. А., В. В. Калегаев (2014), Динамика потоков протонов с энергией 30-80 кэВ во время геомагнитных бурь 21-22.1.2005 и 14-15.XII.2006 по данным низковысотных спутников, Космические исследования, том 52, № 6, с. 449-458.