NONLINEAR INTERACTION OF LANDAU-RESONANCE ELECTRONS WITH THE EMIC WAVE IN A MULTICOMPONENT PLASMA

封面

如何引用文章

全文:

详细

Nonlinear resonant interaction between the electromagnetic ion-cyclotron (EMIC) wave and magnetospheric electrons at the Cerenkov resonance, also referred to as the Landau or the zero-order cyclotron resonance, is investigated. Based on the data obtained on September 10, 2017, by one of the Van Allen Probe (RBSP) spacecrafts, the trajectory of a monochromatic wave packet in an inhomogeneous multicomponent plasma is found. The amplitude of the wave along the propagation trajectory is calculated taking into account not only the linear resonant interaction with protons and electrons but also variation of geometric factors such as the group velocity and the ray tube cross section. Numerical integration of the nonlinear system of equations describing the motion of electrons in the field of modeled packet of the EMIC waves revealed an important role played by nonlinear effects in the dynamics of resonant particles.

作者简介

A. Luzhkovskii

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Email: luzartyom@yandex.ru
Moscow, 117997 Russia

参考

  1. Loto’aniu T.M., Fraser B.J., Waters C.L. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2005. V. 110. P. A07214. doi: 10.1029/2004JA010816.
  2. Min K., Lee J., Keika K., Li W. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2012. V. 117. P. A05219. doi: 10.1029/2012JA017515.
  3. Sakaguchi K., Kasahara Y., Shoji M., Omura Y., Miyoshi Y., Nagatsuma T., Kumamoto A., Matsuoka A. // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. P. 5587. doi: 10.1002/2013GL058258.
  4. Meredith N.P., Horne R.B., Kersten T., Fraser B.J., Grew R.S. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2014. V. 119. P. 5328. doi: 10.1002/2014JA020064.
  5. Chen H., Gao X., Lu Q., Tsurutani B.T., Wang, S. // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. doi: 10.1029/2020GL090275.
  6. Сагдеев Р.З., Шафранов В.Д. // ЖЭТФ. 1960. Т. 39. C. 181.
  7. Kennel C.F., Petschek H.E. // J. Geophys. Res. 1966. V. 71(1). P. 1. doi: 10.1029/JZ071i001p00001.
  8. Cornwall J.M. // J. Geophys. Res. 1965. V. 70(1). P. 61. doi: 10.1029/JZ070i001p00061.
  9. Young D.T., Perraut S., Roux A., de Villedary C., Gendrin R., Korth A., Kremser G., Jones D. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1981. V. 86. P. 6755. doi: 10.1029/JA086iA08p06755.
  10. Rauch J.L., Roux A. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1982. V. 87. P. 8191. doi: 10.1029/JA087iA10p08191.
  11. Taylor Jr. H.A., Brinton H.C., Smith C.R. // J. Geophys. Res. 1965. V. 70(23). P. 5769. doi: 10.1029/JZ070i023p05769.
  12. Young D.T., Geiss J., Balsiger H., Eberhardt P., Ghielmetti A., Rosenbauer H. // Geophys. Res. Lett. 1977. V. 4. P. 561. doi: 10.1029/GL004i012p00561.
  13. Smith R.L., Brice N. // J. Geophys. Res. 1964. V. 69(23). P. 5029. doi: 10.1029/JZ069i023p05029.
  14. Saikin A.A., Zhang J.-C., Allen R.C., Smith C.W., Kistler L.M., Spence H.E., Torbert R.B., Kletzing C.A., Jordanova V.K. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 7477. doi: 10.1002/2015JA021358.
  15. McCollough J.P., Elkington S.R., Usanova M.E., Mann I.R., Baker D.N., Kale Z.C. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2010. V. 115. P. A10214. doi: 10.1029/2010JA015393.
  16. McCollough J.P., Elkington S.R., Baker D.N. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2012. V. 117. P. A01208. doi: 10.1029/2011JA016948.
  17. Allen R.C., Zhang J.-C., Kistler L.M., Spence H.E., Lin R.-L., Klecker B., Dunlop M.W., Andre M., Jordanova V.K. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 5574. doi: 10.1002/2015JA021333.
  18. Vines S.K., Allen R.C., Anderson B.J., Engebretson M.J., Fuselier S.A., Russell C.T., Strangeway R.J., Ergun R.E., Lindqvist P.A., Torbert R.B., Burch J.L. // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46. P. 5707. doi: 10.1029/2019GL082152.
  19. Суворов Е. В., Трахтенгерц В. Ю. // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27. С. 86.
  20. Horne R.B., Thorne R.M. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1997. V. 102(A6). P. 11457. doi: 10.1029/97JA00749.
  21. Zhang J.-C., Kistler L.M., Mouikis C.G., Dunlop M.W., Klecker B., Sauvaud J.-A. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2010. V. 115. P. A06212. doi: 10.1029/2009JA014784.
  22. Zhang J.-C., Kistler L.M., Mouikis C.G., Klecker B., Sauvaud J.-A., Dunlop M.W. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2011. V. 116. P. A11201. doi: 10.1029/2011JA016690.
  23. Wang Z., Sun K., Zhang Y., Zhai H. // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. P. 022903. doi: 10.1063/1.5075509.
  24. Jordanova V.K., Farrugia C.J., Thorne R.M., Khazanov G.V., Reeves G.D., Thomsen M.F. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2001. V. 106(A1). P. 7. doi: 10.1029/2000JA002008.
  25. Jordanova V.K., Spasojevic M., Thomsen M.F. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2007. V. 112. P. A08209. doi: 10.1029/2006JA012215.
  26. Engebretson M.J., Posch J.L., Wygant J.R., Kletzing C.A., Lessard M.R., Huang C.L., Spence H.E., Smith C.W., Singer H.J., Omura Y., Horne R.B., Reeves G.D., Baker D.N., Gkioulidou M., Oksavik K., Mann I.R., Raita T., Shiokawa K. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 5465. doi: 10.1002/2015JA021227.
  27. Yahnin A.G., Popova T.A., Demekhov A.G., Lubchich A.A., Matsuoka A., Asamura K., Miyoshi Y., Yokota S., Kasahara S., Keika K., Hori T., Tsuchiya F., Kumamoto A., Kasahara Y., Shoji M., Kasaba Y., Nakamura S., Shinohara I., Kim H., Noh S., Raita T. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2021. V. 126. doi: 10.1029/2020JA029091.
  28. Thorne R.M., Kennel C.F. // J. Geophys. Res. 1971. V. 76(19). P. 4446. doi: 10.1029/JA076i019p04446.
  29. Summers D., Thorne R.M. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2003. V. 108. P. 1143. doi: 10.1029/2002JA009489.
  30. Jordanova V.K., Albert J., Miyoshi Y. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2008. V. 113. P. A00A10. doi: 10.1029/2008JA013239.
  31. Zhu H., Chen L., Claudepierre S.G., Zheng L. // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. doi: 10.1029/2019GL085637.
  32. Grach V.S., Artemyev A.V., Demekhov A.G., Zhang X.-J., Bortnik J., Angelopoulos V., Nakamura R., Tsai E., Wilkins C., Roberts O.W. // Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49. doi: 10.1029/2022GL099994.
  33. Angelopoulos V., Zhang X.-J., Artemyev A.V., Mourenas D., Tsai E., Wilkins C., Runov A., Liu J., Turner D.L., Li W., Khurana K., Wirz R.E., Sergeev V.A., Meng X., Wu J., Hartinger M.D., Raita T., Shen Y., An X., Shi X., Bashir M.F., Shen X., Gan L., Qin M., Capannolo L., Ma Q., Russell C.L., Masongsong E.V., Caron R., He I., Iglesias L., Jha S., King J., Kumar S., Le K., Mao J., McDermott A., Nguyen K., Norris A., Palla A., Roosnovo A., Tam J., Xie E., Yap R.C., Ye S., Young C., Adair L.A., Shaffer C., Chung M., Cruce P., Lawson M., Leneman D., Allen M., Anderson M., Arreola-Zamora M., Artinger J., Asher J., Branchevsky D., Cliffe M., Colton K., Costello C., Depe D., Domae B.W., Eldin S., Fitzgibbon L., Flemming A., Frederick D.M., Gilbert A., Hesford B., Krieger R., Lian K., McKinney E., Miller J.P., Pedersen C., Qu Z., Rozario R., Rubly M., Seaton R., Subramanian A., Sundin S.R., Tan A., Thomlinson D., Turner W., Wing G., Wong C., Zarifian A. // Space Sci. Rev. 2023. V. 219. P. 37. doi: 10.1007/s11214-023-00984-w.
  34. Grach V.S., Artemyev A.V., Demekhov A.G., Zhang X.-J., Bortnik J., Angelopoulos V. // Geophys. Res. Lett. 2024. V. 51. doi: 10.1029/2023GL107604.
  35. Thorne R.M., Horne R.B. // Geophys. Res. Lett. 1992. V. 19. P. 417. doi: 10.1029/92GL00089.
  36. Usanova M.E. // Front. Astron. Space Sci. 2021. V. 8. doi: 10.3389/fspas.2021.744344.
  37. Wang B., Li P., Huang J., Zhang B. // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. doi: 10.1063/1.5088374.
  38. Bortnik J., Chen L., Li W., Thorne R.M., Horne R.B. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2011. V. 116. doi: 10.1029/2011JA016499.
  39. Kletzing C.A., Kurth W.S., Acuna M., MacDowall R.J., Torbert R.B., Averkamp T., Bodet D., Bounds S.R., Chutter M., Connerney J., Crawford D., Dolan J.S., Dvorsky R., Hospodarsky G.B., Howard J., Jordanova V., Johnson R.A., Kirchner D.L., Mokrzycki B., Needell G., Odom J., Mark D., Pfaff R., Phillips J.R., Piker C.W., Remington S.L., Rowl D., Santolik O., Schnurr R., Sheppard D., Smith C.W., Thorne R.M., Tyler J. // Space Sci. Rev. 2013. V. 179. P. 127. doi: 10.1007/s11214-013-9993-6.
  40. Kurth W.S., De Pascuale S., Faden J.B., Kletzing C.A., Hospodarsky G.B., Thaller S., Wygant J.R. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 904. doi: 10.1002/2014JA020857.
  41. Ахиезер И.А., Половин Р.В., Ситенко А.Г., Степанов К.Н. Электродинамика плазмы / Ред. Ахиезер А.И. М.: Наука, 1974.
  42. Gamayunov K.V., Min K., Saikin A.A., Rassoul H. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2018. V. 123. P. 8533. doi: 10.1029/2018JA025629.
  43. Gamayunov K.V., Kim H., Shin Y. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2024. V. 129. doi: 10.1029/2023JA032399.
  44. Shklyar D.R., Matsumoto H. // Surv. Geophys. 2009. V. 30(2). P. 55. doi: 10.1007/s10712-009-9061-7.
  45. Шкляр Д.Р. // Плазменная гелиогеофизика / Под ред. Л.М. Зеленого и И.С. Веселовского. М.: Физматлит, 2008. Т. 2. С. 391.
  46. Luzhkovskiy A.A., Shklyar D.R. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2023. V. 128. doi: 10.1029/2023JA031962.
  47. Shklyar D.R., Chum J., Jir˘ı´c˘ek, F. // Ann. Geophys. 2004. V. 22. P. 3589. doi: 10.5194/angeo-22-3589-2004.
  48. Fu S., He F., Gu X., Ni B., Xiang Z., Liu J. // Adv. Space Res. 2018. V. 61. P. 2091. doi: 10.1016/j.asr.2018.01.041.
  49. Yan Y., Yue C., Yin Z.-F., Zhou X.-Z., Zong Q.-G., Li J.-H. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2023. V. 128. doi: 10.1029/2023JA031451.
  50. Nakamura S., Omura Y., Kletzing C., Baker D.N. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2019. V. 124. P. 6701. doi: 10.1029/2019JA026772.
  51. Nunn D. // Planet. Space Sci. 1971. V. 19. P. 1141. doi: 10.1016/0032-0633(71)90110-3.
  52. Su Z., Zhu H., Xiao F., Zheng H., Zhang M., Liu Y. C.-M., Shen C., Wang Y., Wang S. // Phys. Plasmas. 2014. V. 21(5). doi: 10.1063/1.4880036.
  53. Albert J.M. // Phys. Fluids. 1993. V. 5(8). P. 2744. doi: 10.1063/1.860715.
  54. Albert J.M. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2000. V. 105. P. 21191. doi: 10.1029/2000JA000008.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

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».