Исследования МГД-колебаний внутренней магнитосферы Земли в космическом проекте РЕЗОНАНС

Рубрика: 
Космическая и атмосферная физика
Черемных, ОК, Ямпольский, ЮМ, Агапитов, АВ, Зализовский, АВ, Ивченко, ВН, Козак, ЛВ, Парновский, АС, 1Рапопорт, ЮГ, Селиванов, ЮА, Колосков, АВ, Черемных, СО
1Інститут космічних досліджень Національної академії наук України та Державного космічного агентства України, Київ Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Косм. наука технол. 2013, 19 ;(2):05–42
https://doi.org/10.15407/knit2013.02.005
Язык публикации: русский
Аннотация: 

Активную фазу международного орбитального космического проекта РЕЗОНАНС, в котором участвуют 12 стран, запланировано начать в 2014—2016 гг. Украинские ученые принимают участие в проекте уже с подготовительной фазы: определяются теоретические модели явлений в магнитосферной плазме, в радиационных поясах, модели взаимодействия магнитосферы и ионосферы, генерации магнитогидродинамических волн, уточняются методики интерпретации космических и наземных измерений, их комплексирования, в ЛЦ ИКИ созданы бортовые магнитометры для спутников проекта. В статье рассмотрены детали указанных вопросов и определены задачи для реализации украинскими учеными в проекте.
Ключевые слова: бортовые магнитометры, магнитосферная плазма, проект РЕЗОНАНС, радиационные пояса
 
Полный текст (PDF)
References: 
1. Агапитов А.В., Парновский А.С., Черемных О.К. Спектр поперечно-мелкомасштабных возмущений во внутренней магнитосфере Земли //Кинематика и физика небес.тел.— 2006.— 22, № 6.— С.387 —401.
2. Агапитов А.В., Черемных О.К. Генерация солнечным ветром собственных ULF мод магнитосферы Земли// Космічна наука і технологія.— 2008.— 14, № 4.— С.72 —81.
3. Агапитов А.В., Черемных О.К. Поляризация резонансных УНЧ-возмущений в магнитосфере Земли // Кинематика и физика небес.тел.— 2011.— 27, № 3.— С.17 —27.
4. Белей В.С., Галушко В.Г., Зализовский А.В. и др. Коэффициент отражения МГД-волн от ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия.— 1997.— 37, № 6.— C.91 —98.
5. Беленов А.Ф., Пономаренко П.В., Синицын В.Г., Ямпольский Ю.М. О природе квазипериодических вариаций доплеровского смещения частоты КВ сигналов, рассеянных областью ИИТ // Изв.вузов.Радиофизика.— 1993.— 33, № 12.— С.1089 —1095.
6. Будаев В.П. Обобщенная масштабная инвариантность и лог-Пуассоновская статистика турбулентности краевой плазмы в токамаке Т-10 // Физика плазмы.— 2008.— 34, № 10.— С. 867-884.
7. Гуревич А.В., Шварцбург Б.А. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере.— М.: Наука, 1973.— 272 с.
8. Зализовский А.В. Роль тропосферных процессов в формировании спорадических слоев Е-области ионосферы над Антарктическим полуостровом // Радиофизика и радиоастрономия.— 2008.—13, № 1.— С.26 —38.
9. Зализовский А.В., Синицын В.Г., Ямпольский Ю.М. Поляризация геомагнитных пульсаций Рс3/Рс4 в Северном и Южном полушариях: экспериментальные данные и численное моделирование // Радиофизика и радиоастрономия.— 2001.— 6, № 4.— С.302 —309.
10. Зализовский А.В., Ямпольский Ю.М. F-рассеяние как индикатор тропосферно-ионосферного взаимодействия // Радиофизика и радиоастрономия.— 2007.— 12, №1.— С.33 —42.
11. Зализовский А.В., Ямпольский Ю.М., Корепанов В.Е., Доценко И.Ф. Поляризационные исследования пульсаций Рс3,Рс4 на антарктической станции «Академик Вернадский » («эффект подсолнуха »)// Радиофизика и радиоастрономия.— 2000.— 5, № 2.— С.118 —124.
12. Козак Л.В., Луи А.Т. Статистический анализ турбулентности плазмы по спутниковым измерениям магнитного поля // Кинематика и физика небес.тел.— 2008.— 24, № 4.— С.299 —307.
13. Козак Л.В., Пилипенко В.А., Чугунова О.М., Козак П.Н. Статистический анализ турбулентности форшоковой области и магнитослоя Земли // Космич.исслед.— 2011.— 49, № 3.— С.202 —212.
14. Козак Л.В., Савин С.П., Будаев В.П. и др. Характер турбулентности в пограничных областях магнитосферы Земли // Геомагнетизм и аэрономия.— 2012.— 52, № 4.— С.470 —481.
15. Колосков А.В., Синицын В.Г., Герасимова Н.Н., Ямпольский Ю.М. Околоземные резонаторы СНЧ-волн как индикаторы космической погоды // Космічна наука і технологія.— 2008.— 14, № 5.— C.49 —64.
16. Ляцкий В.Б, Мальцев Ю.П. Магнитосферно-ионосферное взаимодействие.— М.: Наука, 1983.— 192 с.
17. Новиков Е.А., Стюарт Р.У. Перемежаемость турбулентности и спектр флюктуаций диссипации энергии // Изв.АН СССР.Сер.Геофиз.— 1964.— № 3.— С.408 —413.
18. Парновский А.С., Черемных О.К. Желобковые и несжимаемые возмущения во внутренней магнитосфере Земли // Кинематика и физика небес.тел.— 2006.— 22, № 1.— С.65 —75.
19. Проненко В., Корепанов В. Индукционный магнитометр «LEMI-606 » для проекта «Резонанс» // Многоспутниковые исследования внутр.магнитосферы: Матер.конференции-совещания по проекту РЕЗОНАНС.— Киев: ИКИ РАН, 2012.— С.49 —52.
20. Черемных О.К. К вопросу о резонансных МГД-возмущениях в магнитосферной плазме // Космічна наука і технологія.— 2010.— 16, № 1.— С.61 —67.
21. Черемных О.К., Данилова В.В. Поперечно-мелкомасштабные МГД-возмущения в космической плазме с магнитными поверхностями // Кинематика и физика небес.тел.— 2011.— 27, № 2.— С.63 —79.
22. Ямпольский Ю.М. «Эхо-рассеяние» КВ радиосигналов на искусственной ионосферной турбулентности // Изв.вузов. Радиофизика.— 1989.— 32, № 4.— С.519 —521.
23. Ямпольский Ю.М., Зализовский А.В., Литвиненко Л.Н. и др. Вариации магнитного поля в Антарктике и сопряженном регионе (Новая Англия), стимулированные циклонической активностью // Радиофизика и радиоастрономия.— 2004.— 9, № 2.— С.130 — 151.
24. Agapitov O., Cheremnykh O. Natural oscillations of the Earth magnetosphere associated with solar wind sudden impulses // Ukr.Phys.J.— 2008.— 53.— P.506 —510.
25. Agapitov O.V., Cheremnykh O.K., Parnowski A.S. Ballooning perturbations in the inner magnetosphere of the Earth: spectrum, stability and eigenmode analysis // Adv.Space Res.— 2008.— 41.— P.1682 —1687.
26. Agapitov O.V., Glassmeier K.-H., Plaschke F., et al. Surface waves and field line resonances// J.Geophys.Res.— 2009.— 114.— doi 10.1029/2008JA013553.
27. Agapitov O., Krasnoselskikh V., Dudok de Wit T., et al. Multispacecraft observations of chorus emissions as a tool for the plasma density fluctuations'remote sensing// J.Geophys.Res.— 2011.— 116.— P.A09222.
28. Belikovich V.V., Grach S.M., Karashtin A.N., et al. The "Sura" facility: Study of the atmosphere and space (a review)// Radiophys.and Quantum Electronics.— 2007.— 50, N 7.— P.497 —526.
29. Boardman A.D., Grymalsky V.V., Kivshar Yu.S., et al. Active and tunable metamaterials // Laser and Photonics Revs.— 2011.— 5, N 2.— P.287 —307.
30. Boardman A.D., Grimalsky V.V., Rapoport Yu.G. Nonlinear Transformational Optics and Electromagnetic and Acoustic Fields Concentrators // AIP Conf.Proc.— 2011.— 1398.— P.120 —122.
31. Boardman A.D., Hess O., Mitchell-Thomas R.C., et al. Temporal Solitons in Magnetooptic and Metamaterial Waveguides // Photonics and Nanostructures — Fundamentals and Applications.— 2010.— 8, N 4.— P.228 —243.
32. Bosy V.I., Rapoport Yu.G., Senchenko V.V. FET model taking into account wave characteristics of the active region and input circuits // IEEE Microwave Theory Tech.— 1995.— 43, N 7.— P.1453 —1460.
33. Buttner O., Bauer M., Demokritov S.O., et al. Spatial and spatiotemporal self-focusing of spin waves in garnet films observed by space- and time-resolved Brillouin light scattering // J.Appl.Phys.— 2000.— 87, N 9.— P.5088 — 5090.
34. Carvet W. The auroral plasma cavity // Geophys.Res.Lett.— 1981.— N 8.— P.919 —921.
35. Cheng C.Z., Chang T.C., Lin C.A, Tsai W.H. Magnetohydrodynamic theory of field line resonances in the magnetosphere// J.Geophys.Res.— 1993.— 98, N 7.— P.11339 —11347.
36. Chen L., Hasegawa A. A theory of long-period magnetic pulsations. 1.Steady state excitation of field line resonance // J.Geophys.Res.— 1974.— 79.— P.1024 — 1032.
37. Cheremnykh O.K., Ivchenko V.M., Kremenetsky I.A., et al. Reflection of Alfven waves from the ionosphere and active magnetospheric resonator possibility // Ukr.J.Phys.— 2000.— 45, N 11.— P.1324 —1332.
38. Cheremnykh O.K., Parnowski A.S. Influence of ionospheric conductivity on the ballooning modes in the inner magnetosphere of the Earth // Adv.Space Res.— 2006.— 37.— P.599 —603.
39. Cheremnykh O.K., Parnowski A.S. Flute and Ballooning Modes in the Inner Magnetosphere of the Earth: Stability and Influence of the Ionospheric Conductivity // Space Science: New Research / Ed.by Nick S.Maravell.— New York: Nova Science Publishers, 2006.— P.71 —108.
40. Cheremnykh O.K., Parnowski A.S., Burdo O.S. Ballooning modes in the inner magnetosphere of the Earth // Planet.and Space Sci.— 2004.— 52.— P.1217 —1229.
41. Demekhov A.G., Mogilevsky M.M., Zelenyi L.M. Project "Resonance": main scientific objectives and the experiment design // EPSC Abstracts.— 2010.— 5.— P.EP-SC2010-208.
42. Demekhov A.G., Trakhtengerts V.Y., Mogilevsky M.M., Zelenyi L.M. Current problems in studies of magnetospheric cyclotron masers and new space project "RESONANCE"// Adv.Space Res.— 2003.— 32, N 3.— P.355 —374.
43. Duffy P. The acceleration of cometary ions by Alfven waves’ // J.Plasma Phys.— 1989.— 42.— P .13 —25.
44. Dungey J.M. Electrodynamics of the outer magnetosphere.— Pa.State Ionos.Res.Lab., 1954.— Sci.Rep.69.
45. Eccles V., Armstrong R. Upper atmospheric effects of the HF active auroral research program ionospheric research instrument (HAARP IRI).— Mission Research Corp Nashua NH, 1993.— Sci.Rep.N 2.— 19 p.
46. Engebretson M.J., Zanetti L.J., Potemra T.A., Acuna M.H. Harmonically structured ULF pulsations observed by the AMPTE CCE magnetic field experiment // Geophys.Res.Lett.— 1986.— N 13.— P.905 —908.
47. Getmantsev G.G., Zuikov N.A., Kotik D.S., et al. Combination frequencies in the interaction between high-power short-wave radiation and ionospheric plasma // Sov.JETP Lett.— 1974.— 20.— Р.229 —232.— (Engl.Transl.).
48. Grimal’skii V.V., Rapoport Yu.G. Modulation instability of surface plasma waves in the second-harmonic resonance region // Plasma Phys.Reports.— 1998.— 24, N 11.— P.980 —982.
49. Grimalskiy V.V., Hayakawa M., Ivchenko V.N., et al. Penetration of electrostatic field from the lithosphere into the ionosphere and its effect on the D-region before earth-quake // J.Atmos.and Solar-Terr.Phys.— 2003.— 65, N4.— P.391 —407.
50. Grimalsky V.V., Kremenetsky I., Cheremnykh O.K., Rapoport Yu.G. Spatial and frequency filtration properties of ULF EM radiation of a lithospheric origin in the lithosphere — ionosphere — magnetosphere system // Seismoelectromagnetics: lithosphere — atmosphere — ionosphere coupling / Eds Ma.Hayakawa, O.A.Molchanov.— Tokyo: TERRAPUB, 2001.— P.363 —370.
51. Grimalsky V.V., Kremenetsky I.A., Rapoport Yu.G. Excitation of EMW in the lithosphere and propagation into magnetosphere // Atmospheric and ionospheric electromagnetic phenomena associated with earthquakes.— Tokyo: TERRAPUB, 1998.— P.777 —787.
52. Grimalsky V.V., Kremenetsky I.A., Rapoport Yu.G. Excitation of electromagnetic waves in the lithosphere and their penetration into ionosphere and magnetosphere // J.Atmospheric Electricity.— 1999.— 19, N 2.— P.101 —117.
53. Grimalsky V.V., Rapoport Yu.G. Nonlinear magnetostatic waves in ferrite films in an inhomogeneous magnetic field // J.Magn.Magn.Mater.— 1996.— 157 /158 .— P.727 —729.
54. Hasegawa A., Chen L. Plasma heating by Alfven-wave phase mixing // Phys.Fluids.— 1974.—17 .— P.1399.
55. Hollweg J.V. Resonance absorption of propagating fast waves in a cold plasma // Planet.and Space Sci.— 1990.— 38.— P.1017 —1030.
56. Kepko L., Spence H.E. Observations of discrete, global magnetospheric oscillations directly driven by solar wind density variations // J.Geophys.Res.— 2003.— 108.— P.1257.
57. Klimushkin D., Mager P., Glassmeier K. Toroidal and poloidal Alfven waves with arbitrary azimuthal wavenumbers in afinite pressure plasma in the Earth ’s magnetosphere // Ann.geophys.— 2004.— 22.— P.267 —287.
58. Kossey P.A., Battis J.C. HAARP Diagnostic Instruments; High Frequency Active Auroral Research Program.— Air Force Research Lab, Hanscom AFB, MA Space Vehicles Directorate, 2002.— N AFRL-VS-TR-2003-1570.— 71 p.
59. Kotsarenko N.Ya., Rapoport Yu.G., Shvidkij A.A., Khotyaintsev Yu.V. Oblique Alfven and magnetosonic solitons and nonlinear structures in magnetized plasmas // Phys.scr.— 1998.— 58.— P.499 —504.
60. Kraichnan R.H. Lagrangian — history closure approximation for turbulence // Phys.Fluids.— 1965.— 8.— P.575 —598.
61. Mann I.R., Wright A.N., Mills K.J., Nakariakov V.M. Excitation of magnetospheric waveguide modes by magnetosheath flows // J.Geophys.Res.— 1999.— 104 .— P.333.
62. Mathie R.A., Mann I.R., Menk F.W. Pc5 ULF pulsations associated with waveguide modes observed with the IMAGE magnetometer array // J.Geophys.Res.— 1999.— 104.— P.7025 —7036.
63. Mathie R.A., Menk F.W., Mann I.R., Orr D. Discrete field line resonances and the Alfven continuum in the outer magnetosphere // Geophys.Res.Lett.— 1999.— 26.— P.659 —662.
64. Mills K.J., Wirght A.N., Mann I.R. Kelvin — Helmholtz driven modes of the magnetosphere // Phys.Plasmas.— 1999.— 6.— P.4070.
65. Mogilevsky M.M., Zelenyi L.M., Demekhov A.G., et al. RESONANCE Project for Studies of Wave-Particle Interactions in the Inner Magnetosphere // Geophys.Monograph Ser.— 2012.—199 .— P.117 —126.
66. Nishida A. Geomagnetic diagnosis of the magnetosphere.— New York: Springer-Verlag, 1978.— 256 p.
67. Papadopoulos D., Bernhardt P.A., Carlson H.C., et al. HAARP, research and applications.— Washington DC, Naval Research Lab.,1990.— 19 p.
68. Papadopoulos D., Wallace Т., McCarrick M., et al. On the Efficiency of ELF/VLF generation using HF heating of the auroral electrojet // Plasma Phys.Reports.— 2003.— 29.— P.561 —565.
69. Parnowski A.S. Eigenmode analysis of ballooning perturbations in the inner magnetosphere of the Earth // Ann.geophys.— 2007.— 25.— P.1391 —1403.
70. Ponomarenko P.V., Yampolski Yu.M., Zalizovsky A.V., et al. Interaction between artificial ionospheric irregularities and natural MHD waves // J.Geophys.Res.— 2000.— 105.— N A1.— P.171 —181.
71. Rae I.J., Donovan E.F., Mann I.R., et al. Evolution and Characteristics of Global Pc5 ULF Waves During a High Solar Wind Speed Interval // J.Geophys.Res.— 2005.— 110 .— A12211.— doi 10.1029/2005JA011007.
72. Rapoport Yu., Boardman A., Grimalsky V., et al. Metamaterials for space physics and the new method for modeling isotropic and hyperbolic nonlinear concentrators // International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET).— Kharkiv,2012.— P.76 —79.— doi:10.1109/MMET.2012.6331154
73. Rapoport Yu.G., Hayakawa M., Gotynyan O.E., et al. Stable and unstable plasma perturbations in the ionospheric F region,caused by spatial packet of atmospheric gravity waves // Phys.Chem.Earth.— 2009.— 34.— P.508 —515.
74. Rapoport Yu.G., Sirenko E.K., Fedun V.N. Interaction of magnetosonic solitons with an ion beam in magnetized plasma // Ukr.J.Phys.— 1998.— 43 .— P.169 —176.
75. Rapoport Y.G., Zaspel C.E., Grimalsky V.V., Sanchez-Mondragon J . Nonlinear Lorenz lemma with the influence of exchange interaction and propagation of the magnetostatic waves with higher diffraction and dispersion // 14th International Crimean Conference on Microwave and Telecommunication Technology: CriMico 2004.— Sevastopol,2004.— P.361 —363.
76. Samson J.C., Harrold B.G., Ruohoniemi J.M., Walker A.D.M. Field line resonances associated with MHD waveguides in the magnetosphere // Geophys.Res.Lett.— 1992.— 19.— P.441.
77. Savin S., Amata E., Zelenyi L., et al. Super fast plasma streams as drivers of transient and anomalous magnetospheric dynamics // Ann.geophys.— 2012.— 30.— P.1 —7.
78. She Z., Leveque E. Universal scaling laws in fully developed turbulence // Phys.Rev.Lett.— 1994.— 72.— Р.336 —339.
79. Singer H.J. Multisatellite observations of resonant hydromagnetic waves // Planet.and Space Sci.— 1982.— 30 .— P.1209.
80. Sinitsin V.G., Kelley M.C., Yampolski Yu.M., et al. Ionospheric conductivities according to Doppler radar observations of stimulated turbulence // J.Atmos.and Solar-Terr.Phys.— 1999.— 61.— P.903 —912.
81. Sinitsin V.G., Yampolski Yu.M., Zalizovski A.V., et al. Spatial field structure and polarization of geomagnetic pulsations in conjugate areas // J.Atmos.and Solar-Terr.Phys.— 2003.— 65, N 10.— P.1161 —1167.
82. Southwood D.J. Some features of field line resonances in the magnetosphere // Planet.and Space Sci.— 1974.— 22 .— P.483.
83. Southwood D.J., Kivelson M.G. The effect of parallel inhomogeneity on magnetospheric hydromagnetic wave coupling // J.Geophys.Res.— 1986.— 91.— P.6871.
84. Streltsov A.V., Pedersen T.R., Mishin E.V., Snyder A.L. Ionospheric feedback instability and substorm development // J.Geophys.Res.— 2010.— 115.— A07205.
85. Summers D., Ni B., Meredith N.P. Timescales for radiation belt electron accelration and lossw due to resonant wave-particle interactions: 1.Theory // J.Geophys. Res.— 2007.— 112.— A04206.— doi 10.1029/2006JA011801.
86. Summers D., Ni B., Meredith N.P. Timescales for radiation belt electron accelration and lossw due to resonant wave-particle interactions.1. Evaluation for VLF chorus, ELF hiss and EMPIC waves // J.Geophys.Res.— 2007.— 112.— A04207.— doi 10.1029/2006JA011993.
87. Takahashi K., Cheng C.Z., McEntire R.W., et al. Observation and theory of Pc5 waves with harmonically related transverse and compressional components // J.Geophys.Res.— 1990.— 95, NA2.— P.977 —989.
88. Tamao T. Transmission and coupling resonance of hydromagnetic disturbances in the non-uniform Earth’s magnetosphere // Sci.Rep.Tohoku Univ.— 1965.— Ser.5.— 17.— P.43 —72.
89. Trakhtengerts V.Y. Magnetosphere cyclotron maser: Backward wave oscillator generation regime // J.Geophys.Res.— 1995.— 100, N 9.— P.17205 —17210.
90. Trakhtengerts V.Yu., Belyaev P.P., Polyakov S.V., et al. Excitation of Alfven waves and vortices in the ionospheric Alfven resonator by modulated powerful radio waves // J.Atmos.Solar-Terr.Phys.— 2000.— 62.— P.267 —276.
91. Trakhtengerts V.Yu., Rycroft M.J. Whistler and Alfven mode cyclotron masers in space.— Cambridge: Univ.Press,2008.— 354 p.
92. Treumann R.A. Theory of super-diffusion for the magnetopause // Geophys.Res.Lett.— 1997.— 24.— Р.1727 — 1730.
93. Tverskoy B.A. Main mechanisms in the formation of the Earth`s radiation belts // Revs Geophys.— 1969.— 7, N 1-2.— P.219 —221.
94. Yampolski Y.M., Beley V.S., Kascheev S.B., et al. Bistatic HF radar diagnostics of induced field aligned irregularities // J.Geophys.Res.— 1997.— 102, N A4.— P.7461 — 7467.

95. Zalizovski A.V. The role of the ozonosphere in the interaction between atmospheric layers as deduced from observation at the Antarctic base "Akademik Vernadsky"// Int.J.Remote Sens.— 2011.— 32, N 11.— P.3187 —3197.— doi 10.1080/01431161.2010.541511.