Космические исследования, 2020, T. 58, № 6, стр. 485-494

Сравнение магнитных и плазменных овершутов межпланетных ударных волн

Н. Л. Бородкова 1*, О. В. Сапунова 1, В. Г. Еселевич 2, Г. Н. Застенкер 1, Ю. И. Ермолаев 1

1 Институт космических исследований РАН
г. Москва, Россия

2 Институт солнечно-земной физики СО РАН
г. Иркутск, Россия

* E-mail: nlbor@mail.ru

Поступила в редакцию 28.02.2020
После доработки 15.03.2020
Принята к публикации 29.05.2020

Аннотация

По данным плазменного спектрометра БМСВ, установленного на КА СПЕКТР-Р, дополненных измерениями магнитного поля на КА WIND, исследовалась структура фронтов межпланетных ударных волн. Особое внимание было уделено периодическим повышениям (овершутам) в величине потока ионов или магнитного поля относительно их средних значений за рампом. Проведено сравнение с величиной овершута в магнитном поле, числом Маха и параметром бета. На основании анализа 18 пересечений фронтов межпланетных ударных волн, в которых наблюдались овершуты в величине потока ионов и магнитного поля, было показано, что величина овершута магнитного поля, в среднем, меньше аналогичной величины в потоке ионов солнечного ветра, что связано с различным временным разрешением измерений. Получено, что величина овершута потока ионов возрастает с ростом числа Маха так же, как и величина овершута магнитного поля. Показано, что овершуты образуются не только у сверхкритических ударных волн, но и у тех, у которых числа Маха меньше значения первого критического числа Маха. Получено также, что оценки длины волны колебаний потока ионов и магнитного поля за рампом хорошо коррелируют с величиной гирорадиуса захваченных ионов.

DOI: 10.31857/S0023420620060011

Список литературы

  1. Сагдеев Р.З. Коллективные процессы и ударные волны в разреженной плазме / Вопросы теории плазмы / Ред. Леонтович М.А. М.: Атомиздат, 1964. С. 20.

  2. Galeev A.A., Sagdeev R.Z. Lecture on the nonlinear theory of plasma. Trieste, Italy. 1966. P. 38.

  3. Tidman D.A. Turbulent shock waves in plasma // Phys. Fluids. 1967. V. 10. P. 547.

  4. Formisano V. Collisionless shock waves in space and astrophysical plasmas // Proc. ESA Workshop on Future Missions in Solar, Heliospheric and Space Plasma Physics. V. ESA SP-235. 1985. P. 83.

  5. Kennel C.F., Edmiston J.P., Haeda T. A quarter century of collisionless shock research / R.G. Stone & B.T. Tsurutany. Collisionless Shocks in Heliosphere: A Tutorial Review, Geophysical Monograph Series. Washington, DC: American Geophysical Union. 1985. V. 34. P. 1–36.

  6. Mellott M.M., Greenstadt E.W. The structure of oblique subcritical bow shocks: ISEE-1 and 2 observations // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 2151–2161.

  7. Lembège B., Giacalone J., Scholer M. et al. Selected problems collisionless shock physics // Space Sci. Rev. 2004. V. 110, P. 161–226.

  8. Bale S.D., Balikhin M.A., Horbury T.S. et al. Quasi-perpendicular Shock Structure and Processes // Space Sci. Rev. 2005. V. 118. P. 161–203.

  9. Krasnoselskikh V., Balikhin M., Walker S.N. et al. The Dynamic Quasiperpendicular Shock: Cluster Discoveries // Space Sci. Rev. 2013. V. 178. Issue 2–4. P. 535–598.

  10. Borodkova N.L., Eselevich V.G., Zastenker G.N. et al. Fine structure of interplanetary shock front – results from BMSW experiment with high time resolution // J. Geophys. Res. 2019. V. 124. https://doi.org/10.1029/2018JA026255

  11. Farris M.H., Russell C.T., Thomsen M.F. Magnetic Structure of the Low Beta, Quasi-Perpendicular Shock // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 15285–15294.

  12. Wilson III L.B., Koval A., Szabo A. et al. Revisiting the structure of low-Mach number, low-beta, quasi-perpendicular shocks. // J. Geophys. Res. 2017. V. 122. № 9. P. 9115–9133.

  13. Ramírez Vélez J.C., Blanco-Cano X., Aguilar-Rodriguez E. et al. Whistler waves associated with weak interplanetary shocks // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. A11103. https://doi.org/10.1029/2012JA017573

  14. Thomsen M.F., Gosling J.T., Bame S.J. et al. Ion and electron heating at collisionless shocks near the critical Mach number // J. Geophys. Res. 1985. V. 90. P. 137.

  15. Gedalin M. Ion dynamics and distribution at the quasiperpendicular collisionless shock front // Surv. Geophys. 1997. V. 18. P. 541–566.

  16. Hobara Y., Balikhin M., Krasnoselskikh V. et al. Statistical study of the quasi-perpendicular shock ramp widths // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. A11106. https://doi.org/10.1029/2010JA015659

  17. Mazelle C., Lembége B., Morgenthaler A. et al. Self-reformation of the quasi-perpendicular shock: Cluster observations // AIP Conference Proceedings. 2010. 1216. P. 471–474.

  18. Nemecek Z., Safrankova J., Goncharov O. et al. Ion scales of quasi-perpendicular low-Mach-number interplanetary shocks // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. P. 4133–4137.

  19. Sapunova O.V., Borodkova N.L., Zastenker G.N. et al. Fine structure of interplanetary shock fronts from the data of the BMSW instrument of the PLASMA-F experiment // Cosmic Research. 2017. V. 55. № 6. P. 396–402.

  20. Heppner J.P., Sugiura M., Skillman T.L. et al. OGO-A magnetic field observations // J. Geophys. Res. 1967. V. 72. № 11. P. 5417.

  21. Russell C.T., Greenstadt E.W. Initial ISEE magnetometer results – Shock observation // Space Sci. Rev. 1979. V. 23. P. 3–37.

  22. Leroy M.M., Goodrich C.C., Winske D. et al. The structure of perpendicular bow shocks // J. Geophys. Res. 1982. V. 87. P. 5081–5094.

  23. Livesey W.A., Kennel C.F., Russell C.T. ISEE-1 and -2 observations of magnetic field strength overshoots in quasi-perpendicular bow shocks // Geophys. Res. Lett., 1982. V. 9. P. 1037–1040.

  24. Sckopke N., Paschmann G., Bame S.J. et al. Evolution of ion distributions across the nearly perpendicular bow shock-specularly and non-specularly reflected-gyrating ions // J. Geophys. Res. 1983. V. 88. P. 6121–6136.

  25. Russell C.T., Hoppe M.M., Livesey W.A. Overshoots in planetary bow shocks // Nature. 1982. V. 296. P. 45–48.

  26. Edmiston J.P., Kennel C.F. A parametric survey of the first critical Mach number for a fast MHD shock // J. Plasma Physics. 1984. V. 32 № 3. P. 429–441.

  27. Mellott M.M., Livesey W.A. Shock overshoots revisited // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 13661–13665.

  28. Tatrallyay M., Gevai G., Apathy I. et al. Magnetic field overshoots in the Martian bow shock // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 2157–2163.

  29. Saxena R., Bale S., Horbury T.S. Wavelength and decay length of density overshoot structure in supercritical, collisionless bow shocks // Physics of Plasmas. 2005. V. 12. 052904. 2005.https://doi.org/10.1063/1.1900093

  30. Balikhin M.A., Nozdrachev M., Dunlop M. et al. Observation of the terrestrial bow shock in quasi-electrostatic subshock regime // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. P. 1155–1163.

  31. Newbury J.A., Russell C.T., Gedalin M. The ramp width of high-Mach-number, quasi-perpendicular collisionless shock // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 29 581–29 593.

  32. Kajdič P., Preisser L., Blanco-Cano X. et al. First Observations of Irregular Surface of Interplanetary Shocks at Ion Scales by Cluster // Astrophysical Journal Letters. 2019. 874:L13

  33. Dimmock A.P., Russell C.T., Sagdeev R.Z. et al. Direct evidence of nonstationary collisionless shocks in space plasmas // Sci. Adv. 2019. V. 5: eaau9926. https://doi.org/10.1126/sciadv.aau9926

  34. Safrankova J., Nemecek Z., Prech L. et al. Fast Solar Wind Monitor (BMSW): Description and First Results // Space Sci. Rev. 2013. V. 175. P. 165–182.

  35. Zastenker G.N., Safrankova, J., Nemecek, Z. et al. Fast measurements of parameters of the solar wind using the BMSW instrument // Cosmic Research. 2013. V. 51. № 2. P. 78–89.

  36. Lepping R.P., Acuna M.H., Burlaga L.F. et al. The WIND Magnetic Field Investigation // Space Sci. Rev. 1995. V. 71. P. 207.

  37. Weygand J.M., Matthaeus W.H., Kivelson M.G. et al. Magnetic correlation functions in the slow and fast solar wind in the Eulerian reference frame // J. Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 3995–4004.

  38. Matthaeus W.H., Weygand J.M., Dasso S. Ensemble Space-Time Correlation of Plasma Turbulence in the Solar Wind // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 116. 245101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.245101

  39. Eselevich M.V., Eselevich V.G. Fractal Structure of the Heliospheric Plasma Sheet in the Earth’s Orbit // Geomagnetism and Aeronomy. 2005. V. 45 № 3. P. 326–336.

  40. Balikhin M.A., Zhang T.L., Gedalin M. et al. Venus Express observes a new type of shock with pure kinematic relaxation // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35 L01103. https://doi.org/10.1029/2007GL032495

  41. Omidi N., Blanco-Cano X., Russell C.T. Macrostructure of collisionless bow shocks: 1. Scale lengths // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. A12212. https://doi.org/10.1029/2005JA011169

Дополнительные материалы отсутствуют.