Сектор теоретического моделирования (203)

Заведующий сектором
Олег Викторович Мингалев ( кандидат физ.-мат. наук )

Основная научная задача

Исследование процессов в плазме магнитосферы и ионосферы Земли при помощи численного моделирования.

Основные направления исследований

• Моделирование токовых слоев в хвосте магнитосферы в кинетическом приближении при помощи метода крупных частиц.
• Моделирование эволюции взаимодействующих когерентных альфвеновских структур в магнитосферно–ионосферной системе.

Разработанные и используемые математические модели:

• Разработана численная модель тонкого токового слоя (ТТС) в хвосте магнитосферы Земли на основе метода крупных частиц с высоким пространственным разрешением. В модели используются параллельные вычисления, что позволяет по мере роста доступных вычислительных ресурсов последовательно увеличивать число рассматриваемых физических эффектов. Расчеты по этой модели позволили достаточно детально исследовать равновесные конфигурации тонкого токового слоя, образованного источниками плазмы в долях хвоста. Полученные результаты хорошо согласуются как с результатами развиваемой в Институте космических исследований РАН приближенной теоретической моделью ТТС, так и с данными измерений на спутниках.
• Для исследования бесстолкновительных процессов в магнитосферно-ионосферной плазме, близких к однородным вдоль силовых линий магнитного поля, разработана пространственно 2-мерная численная модель в рамках системы уравнений Власова-Пуассона на основе метода крупных частиц. Модель успешно используется для изучения эволюции вытянутых вдоль силовых линий магнитного поля мелкомасштабных неоднородностей в плазме ионосферы и магнитосферы, а также для исследования эволюции взаимодействующих когерентных альфвеновских структур в магнитосферно–ионосферной системе.

Перечень научных проблем

• Получение согласующихся с данными спутниковых измерений стационарных конфигураций тонкого токового слоя в хвосте магнитосферы, в которых учитываются электроны с реальным отношением заряда к массе. Исследование развития неустойчивости для таких конфигураций.
• Моделирование спектра пространственного распределения взаимодействующих когерентных альфвеновских структур, расположенных в магнитосфере на силовых линиях магнитного поля, входящих в полярную область.

Научные связи

В последние годы сотрудники недавно созданного cектора теоретического моделирования выполняли ряд исследований совместно с сотрудниками следующих организаций:

• Институт космических исследований Российской Академии наук, г. Москва
• Институт космических исследований Австрийской Академии наук, г. Грац
• Московский государственный университет, г. Москва

Сотрудники сектора теоретического моделирования участвуют в выполнении Программы Отделения физических наук Российской Академии наук «Плазменные процессы в солнечной системе».

Ближайшие планы

• Включение в модель тонкого токового слоя блока расчета движения электронов по неявной схеме с 4-м порядком точности по времени и пространству. По сравнению с общепринятым 2-м порядком точности это должно существенно улучшить точность модели.
• Учет в модели эволюции взаимодействующих когерентных альфвеновских структур замыкания токов этих структур через проводящую ионосферу.

Основные публикации

Mingalev O.V., Golovchanskaya I.V., Maltsev Y.P. Simulation of the interchange instability in a magnetospheric substorm site. // Annales Geophysicae. − 2006. V. 24. № 6. P. 1685-1693

Мингалев О. В., Мингалев И. В., Мингалев В. С. Двумерное численное моделирование динамики мелкомасштабной неоднородности в околоземной плазме. // Космические исследования. 2006. Т. 44. № 5. С. 416−427

Бородачев Л.В., Мингалев И.В., Мингалев О.В. Численное решение дискретной модели Власова−Дарвина на основе оптимальной переформулировки полевых уравнений. // Математическое моделирование. 2006. Т. 18. № 11. С. 117-125

Мингалев О.В., Мингалев И.В., Малова Х.В., Зелёный Л.М. Численное моделирование плазменного равновесия в одномерном токовом слое с ненулевой нормальной компонентой магнитного поля. // Физика плазмы. 2007. Т. 33, № 11, С. 1028−1041

Бородачев Л.В., Мингалев И.В., Мингалев О.В. Система Власова−Дарвина. Статья в коллективной монографии «Энциклопедия низкотемпературной плазмы» под редакцией академика В.Е. Фортова, (серия Б), том VII-1 «Математическое моделирование в низкотемпературной плазме», редактор тома Ю.П. Попов. С. 136-146. М.: “Янус-К”, 2008.

Мингалев О.В., Мингалев И.В., Малова Х.В., Зелёный Л.М., Артемьев А.В. Несимметричные конфигурации тонкого токового слоя с постоянной нормальной компонентой магнитного поля. // Физика плазмы. 2009. Т. 35, № 1, стр. 85−96

Мингалев О.В., Мингалев И.В., Мингалев В.С., Ходаченко М.Л. Аналитические конфигурации бессилового магнитного цилиндра в солнечном ветре // Геомагнетизм и аэрономия. – 2009. – Т.49, N 5.- С.603-610