Спектры флуктуаций параметров плазмы солнечного ветра вблизи фронта ударной волны

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Исследуются характеристики спектров мощности флуктуаций плотности протонов и альфа-частиц вблизи фронта межпланетной и околоземной ударной волны. Были посчитаны частоты излома спектров мощности флуктуаций концентрации протонов и альфа-частиц перед и за рампом околоземной ударной волны (ОЗУВ) и межпланетной ударной волны (МУВ). Для возмущенного солнечного ветра за рампом МУВ частота излома спектра флуктуаций протонов оказалась заметно выше (в среднем 1.3 Гц), чем в невозмущенной области (~0.8–1.0 Гц), что объясняется увеличением как скорости, так и концентрации частиц. В случае альфа-частиц частота излома спектра флуктуаций за фронтом МУВ также повышалась – почти в два раза (от 0.7 до 0.12 Гц). Показано, что среднее значение частоты излома спектров протонов за рампом ОЗУВ меньше (0.6 Гц), чем в солнечном ветре (1.0 Гц), ввиду меньшей скорости. Для альфа-частиц этот эффект статистически не был обнаружен из-за увеличения концентрации (0.11 Гц для обеих областей) в случае ОЗУВ.

Full Text

Restricted Access

About the authors

О. В. Сапунова

Институт космических исследований РАН

Author for correspondence.
Email: sapunova_olga@mail.ru
Russian Federation, Москва

Н. Л. Бородкова

Институт космических исследований РАН

Email: sapunova_olga@mail.ru
Russian Federation, Москва

Ю. И. Ермолаев

Институт космических исследований РАН

Email: sapunova_olga@mail.ru
Russian Federation, Москва

Г. Н. Застенкер

Институт космических исследований РАН

Email: sapunova_olga@mail.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Matthaeus W. H., Weygand J. M., Dasso S. Ensemble space-time correlation of plasma turbulence in the solar wind // Physical Review Letters. 2016. V. 116. Iss. 24. Art. ID. 245101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.245101
  2. Bruno R., Carbone V. The solar wind as a turbulence laboratory // Living Reviews in Solar Physics. 2013. V. 10. Art. ID. 2. https://doi.org/10.12942/lrsp-2013-2
  3. Kolmogorov A. N. A refinement of previous hypotheses concerning the local structure of turbulence in a viscous incompressible fluid at high Reynolds number // J. Fluid Mechanics. 1962. V. 13. Iss. 1. P. 82–85. https://doi.org/10.1017/S0022112062000518
  4. Unti T. W.J., Neugebauer M., Goldstein B. E. Direct measurements of solar-wind fluctuations between 0.0048 and 13.3 Hz // Astrophysical J. 1973. V. 180. P. 591–598. https://ui.adsabs.harvard.edu/link_gateway/1973ApJ…180..591U/. https://doi.org/.1086/151987
  5. Celnikier L. M., Harvey C. C., Jegou R. et al. A determination of the electron density fluctuation spectrum in the solar wind, using the ISEE propagation experiment // Astronomy and Astrophysics. 1983. V. 126. Iss. 2. P. 293–298. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1983A&A…126..293C
  6. Zastenker G. N., Safrankova J., Nemecek Z. et al. Fast measurements of parameters of the Solar Wind using the BMSW instrument // Cosmic Res. 2013. V. 51. P. 78–89. https://doi.org/10.1134/S0010952513020081
  7. Safrankova J., Nemecek Z., Prech L. et al. Fast solar wind monitor (BMSW): Description and first results // Space Science Reviews. 2013. V. 175. Iss. 1–4. P. 165–182. http://dx.doi.org/10.1007/s11214-013-9979-4
  8. Safrankova J., Nemecek Z., Nemec F. et al. Solar wind density spectra around the ion spectral break // Astrophysical J. 2015. V. 803. Iss. 2. Art. ID. 107. https://doi.org/10.1088/0004-637X/803/2/107
  9. Safrankova J., Nemecek Z., Nemec F. et al. Power spectral density of fluctuations of bulk and thermal speeds in the solar wind // Astrophysical J. 2016. V. 825. Iss. 2. Art. ID. 121. https://doi.org/10.3847/0004-637X/825/2/121
  10. Rakhmanova L., Riazantseva M., Zastenker G. Plasma fluctuations at the flanks of the Earth’s magnetosheath at ion kinetic scales // Annales Geophysicae. 2016. V. 34. P. 1011–1018. http://dx.doi.org/10.5194/angeo-34-1011-2016
  11. Riazantseva M. O., Budaev V. P., Rakhmanova L. S. et al. Comparison of properties of small scale ion flux fluctuations in flank magnetosheath and in solar wind // Advances in Space Research. 2016. V. 58. Iss. 2. P. 166–174. http://dx.doi.org/10.1016/j.asr.2015.12.022
  12. Rakhmanova L. S., Riazantseva M. O., Zastenker G. N. et al. Large-Scale Solar Wind Phenomena Affecting the Turbulent Cascade Evolution behind the Quasi-Perpendicular Bow Shock // Universe. 2022. V. 8. Iss. 12. Art. ID. 611. https://doi.org/10.3390/universe8120611
  13. Rakhmanova L., Riazantseva M., Zastenker G. et al. Role of the variable solar wind in the dynamics of small-scale magnetosheath structures // Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 2023. V. 10. https://doi.org/10.3389/fspas.2023.1121230
  14. Ogilvie K. W., Wilkerson T. D. Helium abundance in the solar wind // Solar Physics. 1969. V. 8. Iss. 2. P. 435– 449. https://doi.org/10.1007/BF00155391
  15. Formisano V., Palmiotto F., Moreno G. α-particle observations in the solar wind // Solar Physics. 1970. V. 15. Iss. 2. P. 479–498. https://doi.org/10.1007/BF00151853
  16. Borovsky J. E. Flux‐tube texture of the solar wind: Strands of the magnetic carpet at 1 AU? // J. Geophysical Research. 2008. V. 113. Iss. A8. Art. ID. 8110. https://doi.org/10.1029/2007JA012684
  17. Kasper J. C., Stevens M. L., Korreck K. E. et al. Evolution of the relationships between helium abundance, minor ion charge state, and solar wind velocity over the solar cycle // The Astrophysical J. 2012. V. 745. Iss. 2. Art. ID. 162. https://doi.org/10.1088/0004-637X/745/2/162
  18. Yermolaev Y. I., Lodkina I. G., Yermolaev M. Y. et al. Dynamics of large‐scale solar‐wind streams obtained by the double superposed epoch analysis: 4. Helium abundance // J. Geophysical Research: Space Physics. 2020. V. 125. Iss. 7. Art. ID. e2020JA027878. https://doi.org/10.1029/2020JA027878
  19. Leamon R. J., Matthaeus W. H., Smith C. W. et al. MHD-driven kinetic dissipation in the solar wind and corona // Astrophysical J. 2000. V. 537. Iss. 2. P. 1054–1062. https://doi.org/10.1086/309059
  20. Smith C. W., Mullan D. J., Ness N. F. et al. Day the solar wind almost disappeared: Magnetic field fluctuations, wave refraction and dissipation // Geophysical Research. 2001. V. 106. Iss. A9. P. 18625–18634. https://doi.org/10.1029/2001JA000022
  21. Howes G. G., Cowley S. C., Dorland W. et al. A model of turbulence in magnetized plasmas: Implications for the dissipation range in the solar wind // Geophysical Research. 2008. V. 113. Art. ID. A05103. https://doi.org/10.48550/arXiv.0707.3147
  22. Schekochihin A. A., Cowley S. C., Dorland W. et al. Astrophysical gyrokinetics: kinetic and fluid turbulent cascades in magnetized weakly collisional plasmas // Astrophysical Journal Supplement Series. 2009. V. 182. Iss. 1. P. 310–377. https://doi.org/10.1088/0067-0049/182/1/310
  23. Sapunova O. V., Borodkova N. L., Zastenker G. N. et al. Dynamics of He++ Ions at Interplanetary and Earth’s Bow Shocks // Universe. 2022. V. 8. Iss. 10. Art. ID. 516. https://doi.org/10.3390/ universe8100516
  24. Рахманова Л. С., Рязанцева М. О., Застенкер Г. Н. и др. Влияние магнитопаузы и головной ударной волны на характеристики турбулентности плазмы в магнитослое Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58. № 6. С. 749–758. https://doi.org/10.1134/S0016794018060135.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Crossing spectrograms: a - the front of the MUV 21.VI.2015; b - the front of the OHUV for the event 06.V.2015. On the abscissa axis the time in UT during one day is plotted, on the ordinate axis - the energy of the locking grid. The increase in the ion flux concentration is shown by the color saturation scale.

Download (45KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Parameters and fluctuation spectra of ion parameters in the unperturbed region before the MUV front: a - total ion flux and proton concentration Np; b - alpha-particle concentration Na and relative concentration Na/Np; c - power spectra of ion flux and proton concentration; d - power spectra of alpha-particle concentration; e - power spectra of relative alpha-particle concentration. The following quantities are labeled in panels c-d: the exponent of the power function ~f a for the flux, proton concentration, alpha-particle concentration, and relative alpha-particle concentration. Indices 1 and 2 denote the degree indices before and after the kink: Fl for flux, Np for protons, and Na for alpha particles. FLP - frequency of fracture by protons, FLHe - by alpha-particles.

Download (61KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Parameters and fluctuation spectra of ion parameters in the perturbed region behind the MUV front. The designations are as in Fig. 2.

Download (60KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Parameters and spectra of ion fluctuations in the perturbed region behind the MUV front. The designations are as in Fig. 2.

Download (63KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Parameters and spectra of ion fluctuations in the perturbed region behind the MUV front. The designations are as in Fig. 2.

Download (63KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Histograms of the break frequency for protons (panels (a), (b)) and alpha particles (panels (c), (d)). Panels (a) and (c) refer to the unperturbed region, panels (b) and (d) to the region behind the RAM front. The panels show the maximum, average, and minimum values of the parameter.

Download (46KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Histograms of the break frequency for protons (panels (a), (b)) and alpha particles (panels (c), (d)). Panels (a) and (c) refer to the unperturbed region, panels (b) and (d) to the region behind the MUV front. The panels show the maximum, average, and minimum values of the parameter.

Download (42KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Degree index of the power spectrum of fluctuations of plasma parameters up to the kink for the unperturbed region. The total plasma flux, proton and alpha particle concentrations are presented.

Download (21KB)
Indexing metadata

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».