Изучение взаимосвязи высыпаний энергичных протонов и протонных сияний с электромагнитными циклотронными волнами (геомагнитными пульсациями в диапазоне 0.1-5 Гц)

Ионно-циклотронная неустойчивость в экваториальной магнитосфере развивается в результате анизотропии температур (Т_║/Т_⊥>1) ионов (протонов) кольцевого тока. В результате неустойчивости происходит генерация ЭМИЦ волн и рассеяние протонов по питч-углам. Рассеяние в конус потерь приводит к высыпаниям протонов. Наземные проявление ЭМИЦ волн – геомагнитные пульсации в диапазоне Рс1-Рс2 (0.1-5 Гц) довольно хорошо исследованы. В то же время, специфические высыпания протонов, связанные с этими пульсациями, до недавнего времени обнаружены не были.

При сопоставлении данных наземных наблюдений геомагнитных пульсаций и наблюдений потоков частиц на низкоорбитальных спутниках NOAA нами было показано, что экваториальнее границы изотропных высыпаний в утреннем и вечернем секторах наблюдаются локализованные высыпания энергичных протонов (в английской транскрипции – LPEP), связанные, соответственно, с геомагнитными пульсациями Pc1 и IPDP

 

Сверху вниз: Спектрограмма геомагнитных пульсаций в обс. Ловозеро, потоки энергичных протонов на двух геостационарных спутниках LANL, потоки протонов на низкоорбитальном спутнике NOAA-12.
LPEP первого типа наблюдаются в утреннем – дневном секторе и представляют собой локализованные высыпания только протонов с энергией >30 кэВ. LPEP второго типа наблюдаются в вечерние часы и содержат также всплески протонов в энергией <20 кэВ.
Если наземная станция находится в пределах 2 часов MLT от LPEP:
94% событий типа 1 сопровождаются пульсациями Рс1
75% событий типа 2 связаны с КУП (IPDP) и 22% с пульсациями Pc1-Рс2
Таким образом, почти все события LPEP связаны с ЭМИЦ волнами.

Следствием протонных высыпаний являются так называемые протонные сияния – излучение движущихся к Земле атомов водорода, образующихся в атмосфере в результате перезарядки высыпающихся протонов. Глобальные изображения таких сияний были получены во время миссии космического аппарата IMAGE (2000-2005 г.г.). В частности, в этих данных было найдено несколько типов протонного свечения к экватору от протонного овала, экваториальная граница которого соответствует границе изотропных высыпаний протонов. Сопоставление этих типов протонных сияний с наземными наблюдениями протонных сияний показало, что различные типы протонных сияний коррелируют с разными типами геомагнитных пульсаций.

Взаимосвязь между разными типами протонных сияний и разными типами пульсаций в диапазоне Рс1

 

Азимутальная неоднородность холодной плазмы, участвующая в коротации (fHe+)
Область контакта дрейфующего на Запад облака горячих протонов с плазмосферным хвостом (fHe+)
Импульсное увеличение анизотропии горячих протонов в дневной магнитосфере между плазмопаузой и магнитопаузой