Pitch-Angle Diffusion of Radiation Belt Electrons and Precipitating Particle Fluxes: Dependence on VLF Wavefield Parameters

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The dependence of the pitch-angle diffusion efficiency of energetic electrons in the Earth’s magnetosphere on the distribution of the whistler wave field along the geomagnetic flux tube is quantitatively studied for parameters corresponding to the location of the Sura and HAARP HF heating facilities. The expansion of the precipitation energy range with the increase of the region of geomagnetic latitudes occupied by the waves is shown. Using the calculated pitch-angle diffusion coefficient for a given spectrum of waves and their distribution along the flux tube, the ratio of the fluxes of precipitating and trapped particles at low altitude is determined. It is shown that at typical wave intensities corresponding to chorus VLF waves and plasmaspheric hiss, the fluxes of precipitating and trapped electrons can be comparable to each other. At the same time, for the wave amplitudes observed as a result of the action of heating facilities, the flux of precipitating electrons is negligible.

About the authors

A. G. Demekhov

.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: andrei@ipfran.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Андронов А.А., Трахтенгерц В.Ю. Кинетическая неустойчивость внешнего радиационного пояса Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 1964. Т. 4. № 2. С. 233—242.
  2. Беспалов П.А., Трахтенгерц В.Ю. Альфвеновские мазеры. Горький: ИПФ АН СССР, 1986. 190 с.
  3. Демехов А.Г., Трахтенгерц В.Ю., Райкрофт М., Нанн Д. Ускорение электронов в магнитосфере свистовыми волнами переменной частоты // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46. № 6. С. 751—756.
  4. Ковражкин Р.А., Могилевский М.М., Боске Ж.М. и др. Обнаружение высыпаний частиц из пояса кольцевого тока, стимулированных мощным наземным ОНЧ излучателем // Письма в ЖЭТФ. 1983. Т. 38. № 7. С. 332—333.
  5. Титова Е.Е., Демехов А.Г., Мочалов А.А., Гвоздевский Б.Б., Могилевский М.М., Парро М. КНЧ/ОНЧ возмущения над передатчиком HAARP, регистрируемые в верхней ионосфере на спутнике DEMETER // Изв. вузов. Радиофизика. 2015. Т. 58. № 3. С. 167—186.
  6. Трахтенгерц В.Ю., Райкрофт М. Дж. Свистовые и альфвеновские ионно-циклотронные мазеры в космосе. М.: Физматлит, 2011. 344 с.
  7. Фролов В.Л., Рапопорт В.О., Шорохова Е.А., Белов А.С., Парро М., Рош Ж.-Л. Характеристики электромагнитных и плазменных возмущений, индуцируемых на высотах внешней ионосферы Земли при модификации F2-области мощным КВ радиоизлучением стенда СУРА // Изв. вузов. Радиофизика. 2016. Т. 59. № 3. С. 198—222.
  8. Abel B., Thorne R.M. Electron scattering and loss in Earth’s inner magnetosphere: 1. Dominant physical processes // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. № 2. P. 2385—2396.
  9. Abel B., Thorne R.M. Electron scattering and loss in Earth’s inner magnetosphere: 2. Sensitivity to model parameters // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. № 2. P. 2397—2407.
  10. Artemyev A.V., Demekhov A.G., Zhang X.-J., et al. Role of ducting in relativistic electron loss by whistler-mode wave scattering // J. Geophys. Res. Space Phys. 2021. V. 126. № 11. Art. № e2021JA029851. https://doi.org/10.1029/2021JA029851
  11. Inan U.S., Bell T.F., Bortnik J., Albert J.M. Controlled precipitation of radiation belt electrons // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № A5. 1186. https://doi.org/10.1029/2002JA009580
  12. Kennel C.F., Engelmann F. Velocity Space Diffusion from weak plasma turbulence in a magnetic field // Phys. Fluids. 1966. V. 9. № 12. P. 2377—2388. https://doi.org/10.1063/1.1761629
  13. Lyons L.R. Pitch angle and energy diffusion coefficients from resonant interactions with ion-cyclotron and whistler waves // J. Plasma Phys. 1974. V. 12. Part 3. P. 417—432.
  14. Miyoshi Y., Saito S., Kurita S., et al. Relativistic electron microbursts as high-energy tail of pulsating aurora electrons // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. № 21. Art. № e90360. https://doi.org/10.1029/2020GL090360
  15. Moldwin M.B., Downward L., Rassoul H.K., Amin R., Anderson R.R. A new model of the location of the plasmapause: CRRES results // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. № A11. Art. № 1339. https://doi.org/10.1029/2001JA009211
  16. Mourenas D., Artemyev A.V., Ripoll J.-F., Agapitov O.V., Krasnoselskikh V.V. Timescales for electron quasi-linear diffusion by parallel and oblique lower-band chorus waves // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. № A6. Art. № A06234. https://doi.org/10.1029/2012JA017717
  17. Pasmanik D.L., Demekhov A.G. Peculiarities of VLF wave propagation in the Earth’s magnetosphere in the presence of artificial large-scale inhomogeneity // J. Geophys. Res. Space Phys. 2017. V. 122. № 7. https://doi.org/10.1002/2017JA024118
  18. Parrot М., Němec F., Cohen M.B., Gołkowski M. On the use of ELF/VLF emissions triggered by HAARP to simulate PLHR and to study associated MLR events // Earth, Planets and Space. 2022. V. 74. № 1. Art. № 4. https://doi.org/10.1186/s40623-021-01551-9
  19. Rapoport V.O., Frolov V.L., Polyakov S.V., Komrakov G.P., Ryzhov N.A., Markov G.A., Belov A.S., Parrot M., Rauch J.‐L. VLF electromagnetic field structures in ionosphere disturbed by Sura RF heating facility // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. № 10. Art. № A10322. https://doi.org/10.1029/2010JA015484
  20. Sauvaud J.-A., Maggiolo R., Jacquey C., Parrot M., Berthelier J.-J., Gamble R.J., Rodger C.J. Radiation belt electron precipitation due to VLF transmitters: Satellite observations // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35. № 9. Art. № L09101. https://doi.org/10.1029/2008GL033194
  21. Santolík O., Macúšová E., Kolmašová I., Cornilleau-Wehrlin N., de Conchy Y. Propagation of lower-band whistler-mode waves in the outer Van Allen belt: Systematic analysis of 11 years of multi-component data from the Cluster spacecraft // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41. № 8. P. 2729—2737. https://doi.org/10.1002/2014GL059815
  22. Sheeley B.W., Moldwin M.B., Rassoul H.K., Anderson R.R. An empirical plasmasphere and trough density model: CRRES observations // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. № 11. P. 25631—25641. https://doi.org/10.1029/2000JA000286
  23. Steinacker J., Miller J.A. Stochastic gyroresonant electron acceleration in a low-beta plasma. I. Interaction with parallel transverse cold plasma waves // Astrophys. J. 1992. V. 393. P. 764—781.
  24. Stubbe P. Review of ionospheric modification experiments at Tromsø // J. Atmos. Terr. Phys. 1996. V. 58. № 1—4. P. 349—368. https://doi.org/10.1016/0021-9169(95)00041
  25. Trakhtengerts V.Y., Rycroft M.J., Nunn D., Demekhov A.G. Cyclotron acceleration of radiation belt electrons by whistlers // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № A3. Art. № 1138. https://doi.org/10.1029/2002JA009559
  26. Vas’kov V.V., Bud’ko N.I., Kapustina O.V., Mikhailov Y.M., Ryabova N.A., Gdalevich G.L., Komrakov G.P., Maresov A.N. Detection on the INTERCOSMOS-24 satellite of VLF and ELF waves stimulated in the topside ionosphere by the heating facility SURA // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 1998. V. 60. № 12. P. 1261—1274. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(98)00054-6

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».