Смена состава плазмы на повороте магнитопаузы Марса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Высокое временное разрешение измерений магнитного поля и плазмы Марса обеспечиваются наблюдениями на спутнике Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN; Jakosky и др., 2015), позволяют анализировать тонкие слои плазменной оболочки Марса. В этой статье описана магнитная структура, связанная с дневной марсианской магнитопаузой. Было показано, что прошедший через ударную волну солнечный ветер на дневной стороне Марса напрямую не взаимодействует с ионосферой Марса. Слой плазмы и магнитного поля толщиной 200–300 км образует дневную магнитосферу, которая является областью между магнитослоем и ионосферой (Вайсберг, Шувалов, 2020). Дневная магнитосфера бывает двух типов: 1) магнитосфера более распространенного типа состоит из нагретых и ускоренных ионов O+ и O2+, находящихся между ионосферой и обтекающим горячим потоком Марса; 2) другой тип дневной магнитосферы состоит из ускоренных ионов O+ и O2+ в магнитослое, где они образуют продолжающийся ускоренный пучок, формирующий плюм. Между магнитослоем и магнитосферой находится магнитная структура, которая вращается, почти не меняя своей величины. Эта структура расположена во второй части перехода np/(np + nh) от величины ~1 до ~10–2. Переход между магнитослоем и магнитосферой происходит плавно, как по плотности энергии, так и по составу ионов при уменьшении потока протонов и увеличении потока тяжелых ионов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. Л. Вайсберг

Институт космических исследований РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: olegv@iki.rssu.ru
Россия, Москва

А. Ю. Шестаков

Институт космических исследований РАН

Email: olegv@iki.rssu.ru
Россия, Москва

Р. Н. Журавлев

Институт космических исследований РАН

Email: olegv@iki.rssu.ru
Россия, Москва

Д. Н. Морозова

Институт космических исследований РАН

Email: dashia110999@mail.ru
Россия, Москва

А. Рамазан

Московский физико-технический институт

Email: olegv@iki.rssu.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Вайсберг О.Л., Шувалов С.Д. Структура дневной магнитосферы Марса: два типа // Астрон. вестн. 2022. Т. 56 № 5. С. 1–12. (Vaisberg O.L., Shuvalov S.D. Structure of the Martian dayside magnetosphere: Two types // Sol. Syst. Res. 2022. V. 56. № 5. Р. 279–290.)
  2. Bryant D.A., Riggs S. At the edge of the Earth's magnetosphere: A survey by AMPTE-UKS // Phil. Transact. Roy. Soc. London. Ser. A. 1988. V. 328. № 1598. P. 43–56.
  3. Chen Y.Q., Wu M., Du A.M., Xiao S.D., Wang G.Q., Zhang T.L. A case study of the induced magnetosphere boundary at the Martian subsolar region // Astrophys. J. 2022. V. 927. P. 171.
  4. Dong Y., Fang X., Brain D.A., McFadden J.P., Halekas J.S., Connerney J.E., Curry M., Harada Y., Luhmann J.G., Jakosky B.M. Strong plume fluxes at Mars observed by MAVEN: An important planetary ion escape channel // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 8942–8950.
  5. Espley J.R. The Martian magnetosphere: Areas of unsettled terminology // J. Geophys. Res.: Space Physics. 2018. V. 123. P. 4521–4525.
  6. Fedorov A.O., Vaisberg O.L., Intriligator D.S., Sagdeev R.Z., Galeev A.A. A large amplitude
  7. rotational wave in the Venusian ionosheath // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 1991. V. 96. Р. 87–99.
  8. Fedorov A.O., Vaisberg O.L., Intriligator D.S. A large-amplitude rotational wave in the ionosheath of Venus // Adv. Space Res. 1992. V. 12. № 8. P. 313–317.
  9. Hall D.S., Bryant D.A., Chaloner C.P. Plasma variations at the dayside magnetopause // Proc. 7th ESA Symp. Rockets and Balloons. 1985. P. 299–304.
  10. Hapgood M.A., Bryant D.A. Re-ordered electron data in tile low-latitude boundary layer // Geophys. Res. Lett. 1990. V. 17. № 11. P. 2043–2046.
  11. Jakosky B.M., Lin R.P., Grebowsky J.M., Luhmann J.G., Mitchell D.F., Beutelschies G., Priser T., Acuna M., Andersson L., Baird D., and 64 co-authors. The Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) mission // Space Sci. Rev. 2015. V. 195. P. 3–48.
  12. Liemohn M.W., Johnson B.C., Franz M., Barabash S. Mars Express observations of high-altitude planetary ion beams and their relation to the “energetic plume” loss channel // J. Geophys. Res.: Space Physics. 2014. V. 119. P. 9702–9713.
  13. Ma Y., Shu Wang, Chao Shen, Nian Ren, Tao Chen, Peng Shao, Peng E., Bogdanova Y.V., Burch J.L. Rotational discontinuities in the magnetopause of an open magnetosphere // J. Geophys. Res.: Space Physics. 2022. V. 127. № 8.
  14. Sonnerup B., Scheible M. Minimum and Maximum. Variance analysis magnetic in reconnection // Analysis Meth. Multi-Spacecraft Data. 1998. P. 185–220.
  15. Vaisberg O.L., Bogdanov A.V., Smirnov V.N., Romanov S.A. On the nature of the solar wind-Mars interaction // NASA. Goddard Space Flight Center Solar-Wind Interaction with the Planets Mercury, Venus, and Mars. 1976.
  16. Vaisberg O.L., Ermakov V.N., Shuvalov S.D., Zelenyi L.M., Znobishchev A.S., Dubinin E.M. Analysis of dayside magnetosphere of Mars: High mass loading case as observed on MAVEN spacecraft // Planet. and Space Sci. 2017. V. 147. P. 28–37.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Приборы MAVEN, данные которых использованы для исследования Марса в данной работе, включают в себя спектроны ионов и электронов и магнетометр. Данные MAVEN включают магнитослой, магнитопаузу, магнитосферу и ионосферу 17 августа 2019 г. в ~23:32 – 23:45 по восточному времени. Панели сверху вниз: 1 – поток всех ионов; 2 – поток протонов H+; 3 – поток кислорода O+; 4 – поток кислорода O2+; 5 – поток электронов; 6 – цветные линии плотности ионов (пояснение в прямоугольнике справа) и относительная плотность ионов и протонов (линии зеленого цвета); 7 – скорости трех ионов (пояснение в прямоугольнике справа); 8 – компоненты магнитного поля в системе координат Солнечной орбиты, ориентированной на Марс (MSO), пояснения цвета указаны справа, и величина магнитного поля (черная линия).

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Результат минимального анализа магнитного поля: (a) – область вращения магнитного поля, вертикальные линии выделяют интервал поворотного магнитного поля. (б) – компоненты собственных значений минимального анализа L и N, где L и N – разные проекции в системе координат магнитного поля (B1, B2, B3).

Скачать (293KB)
Метаданные
4. Рис. 3. На Меркаторской карте показаны три интервала: медленное движение в области точки “а”, быстрое вращение между точками “а” и “b”, и медленное перемещение у точки “b”, Общий угол составляет немного более 60°.

Скачать (101KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Верхний участок показывает уменьшение дифференциального потока H+, т.е. протонов солнечного ветра, а дифференциальный поток энергии ионов О+ показывает увеличение потока энергии ионов в том же секторе. Величина интервала от ~23:36:0 UT до 23:36:44 UT .

Скачать (460KB)
Метаданные
6. Рис. 5. 4 августа 2019 г., в 05:20:47 – 05:24:22 по восточному времени. Данные MAVEN включают магнитослой, магнитопаузу, магнитосферу и ионосферу. Панели сверху вниз: 1 – дифференциальная энергия-время суммы всех ионов; 2 – дифференциальная энергия-время протонов H+; 3 – дифференциальная энергия-время кислорода O+; 4 – энергия-время кислорода O2+; 5 – дифференциальная энергия-время энергии электронов; 6 – цветные линии плотности ионов (в прямоугольнике справа) и а относительная плотность ионов и протонов (линии зеленого цвета); 7 – скорости трех ионов (пояснение в прямоугольнике справа); 8 – компоненты магнитного пола в системе координат Солнечной орбиты, ориентированной на Марс (MSO) пояснения цветов указаны справа, и величина магнитного поля (черная линия). Красная цветовая полоска внизу показывает, что спутник находится в северном полушарии. Вертикальные черные полосы приближенно показывают область магнитопаузы. Сектор между двумя вертикальными линиями указывает место, где происходит вращение магнитного поля.

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Результат минимального анализа магнитного поля: (а) – диаграммы составляющих магнитного поля и вид вращения компонентов магнитного поля; (б) – компоненты собственных значений минимального анализа L и N с минимальной дисперсией.

Скачать (252KB)
Метаданные
8. Рис. 7. На части карты Меркатора показаны временные интервалы примерно с 17 августа 2019 г., с 05:22:40 UT по 05:23:20 UT. Зеленые точки показывают траекторию быстрого магнитного поворота.

Скачать (92KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Распределение плотностей n+ и O+ в отрезке времени от 05:22:24 – 05:22:04 UT в пределах сектора магнитопаузы.

Скачать (420KB)
Метаданные
10. Рис. 9. 30 июля 2019 г., в 01:10:26 – 01:20:30 по восточному времени. Данные MAVEN включают магнитослой, магнитопаузу, магнитосферу и ионосферу. Панели сверху вниз: 1 – дифференциальная энергия-время суммы всех ионов; 2 – дифференциальная энергия-время протонов H+; 3 – дифференциальная энергия-время кислорода O+; 4 – энергия-время кислорода O2+; 5 – дифференциальная энергия-время энергии электронов; 6 – цветные линии плотности ионов (пояснения в прямоугольнике справа) и относительная плотность ионов и протонов (зеленые линии); 7 – скорости трех ионов (пояснения в прямоугольнике справа); 8 – компоненты магнитного пола в системе координат Солнечной орбиты, ориентированной на Марс (MSO) (пояснения цвета даны справа) и величина магнитного поля (черная линия). Красная цветовая полоска внизу показывает, что спутник находится в северном полушарии. Две вертикальные черные полосы приближенно показывают область магнитопаузы. Сектор между двумя вертикальными линиями указывает место, где происходит вращение магнитного поля.

Скачать (1MB)
Метаданные
11. Рис. 10. Результат минимального анализа магнитного поля: (а) – диаграмма магнитного поля минимальной дисперсии; (б) – двумерный вид вращения магнитного поля, где L – довольно длинный и почти прямой участок диаграммы, а N – наиболее изогнутый участок диаграммы.

Скачать (219KB)
Метаданные
12. Рис. 11. На части карты Меркатора показаны временные интервалы примерно с 30 июля 2019 г. в ~ 01h23m UT. Зеленые точки показывают траекторию быстрого магнитного поворота.

Скачать (127KB)
Метаданные
13. Рис. 12. O+, разделяющий обтекающий поток с магнитосферой 01:22:24–01:23:24 UT.

Скачать (265KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024