Космические исследования, 2020, T. 58, № 6, стр. 445-460

Формирование множественных токовых слоев в гелиосферном плазменном слое

Е. В. Маевский 1, Х. В. Малова 23*, Р. А. Кислов 34, В. Ю. Попов 135, А. А. Петрукович 3, О. В. Хабарова 34, Л. М. Зеленый 3

1 Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”
г. Москва, Россия

2 Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына МГУ
г. Москва, Россия

3 Институт космических исследований РАН
г. Москва, Россия

4 Институт земного магнетизма и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН
г. Москва, Россия

5 Физический факультет МГУ
г. Москва, Россия

* E-mail: hmalova@yandex.ru

Поступила в редакцию 25.02.2020
После доработки 06.05.2020
Принята к публикации 29.05.2020

Аннотация

При пересечении космическими аппаратами гелиосферного плазменного слоя (ГПС), разделяющего крупномасштабные магнитные сектора противоположной направленности в солнечном ветре, практически всегда наблюдаются многократные быстрые колебания знака радиальной компоненты магнитного поля, свидетельствующие о смене знака плотности азимутального тока внутри ГПС. Предложены возможные механизмы формирования многослойных токовых структур в ГПС. В рамках стационарной МГД-модели солнечного ветра проверена одна из гипотез о “вытягивании” множественных токовых слоев в солнечный ветер из пояса стримеров, ориентированного вдоль нейтральной линии гелиомагнитного поля. Исследованы самосогласованные распределения характеристик солнечного ветра в зависимости от тонкой структуры стримеров. Показано, что стримеры, одиночные и множественные, могут быть источниками многослойных токовых структур с чередующимися по направлению азимутальными токами. Значение полученных результатов для интерпретации результатов наблюдений в солнечном ветре обсуждаются

DOI: 10.31857/S0023420620060072

Список литературы

  1. Georgieva K. Space weather and space climate–what the look from the earth tells us about the sun / The environments of the sun and the stars. Springer-Verlag: Berlin, Heidelberg, 2013. P. 53–107.

  2. Базилевская Г.А., Стожков Ю.И. Плазменная гелиогеофизика. М.: Физматлит, 2008.

  3. Мирошниченко Л.И. Физика Солнца и солнечно-земных связей. М.: Университетская книга, 2011.

  4. Balogh A., Erdos G. The heliospheric magnetic field // Space Sci. Rev. 2013. V. 176. P. 177.

  5. Parker E.N. Dynamics of the interplanetary gas and magnetic fields // Astrophys. J. 1958. V. 128. P. 664.

  6. Parker E.N. Dynamical theory of the solar wind // Space Sci. Rev. 1965. V. 4. P. 666.

  7. Crooker N.U., Kahler S.W., Larson D.E. et al. Large-scale magnetic field inversions at sector boundaries // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. https://doi.org/10.1029/2003JA010278

  8. Winterhalter D., Smith E.J., Burton M.E. et al. The heliospheric plasma sheet // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P. 6667.

  9. Eselevich E.G., Fainshtein V.G., Rudenko G.V. Study of the structure of streamer belts and chains in the solar corona // Sol. Phys. 1999. V. 188. P. 277.

  10. Svalgaard L., Wilcox J.M., Duvall T.L. A model combining the polar and the sector structured solar magnetic fields // Sol. Phys. 1974. V. 37. P. 157.

  11. Koutchmy S., Livshits M. Coronal streamers // Space Sci. Rev. 1992. V. 61. P. 393.

  12. Eselevich M.V., Eselevich V.G. The structure of the coronal-streamer belt // Astron. Rep. 2005. V. 49. P. 71. (Transl. from Astron. Zhurn. 2005. V. 82. P. 79.)

  13. Wang Y.M., Panasenco O. Observations of solar wind from Earth-directed coronal pseudostreamers // Astrophys. J. 2019. V. 872. P. 139. https://doi.org/10.3847/1538-4357/AAFF5E

  14. Wang Y.M. Pseudostreamers as the source of a separate class of solar coronal mass ejections // Astrophys. J. Lett. 2015. V. 803. P. L12. https://doi.org/10.1088/2041-8205/803/1/L12

  15. Zhukov A.N., Saez F., Lamy P. et al. The origin of polar streamers in the solar corona // Astrophys. J. 2008. V. 680. P. 1532.

  16. Pizzo V.J. Global, quasi-steady dynamics of the distant solar wind 2. Deformation of the heliospheric current sheet // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P. 4185.

  17. Wang Y.M., Young P.R., Muglach K. Evidence for two separate heliospheric current sheets of cylindrical shape during Mid-2012 // Astrophys. J., 2014. V. 780. P. 103. https://doi.org/10.1088/0004-637X/780/1/103

  18. Morgan H., Habbal S.R. Observational Aspects of the Three-dimensional Coronal Structure Over a Solar Activity Cycle // Astrophys. J., 2010. V. 710. P1. https://doi.org/10.1088/0004-637X/710/1/1

  19. Svalgaard L., Wilcox J.M. The Hale solar sector boundary // Sol. Phys. 1976. V. 49. P. 177.

  20. Svalgaard L., Wilcox J.M., Scherrer P.H. et al. The Sun’s magnetic sector structure // Sol. Phys. 1975. V. 45. P. 83. https://doi.org/10.1007/BF00152219

  21. Smith E.J. The heliospheric current sheet // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 15819.

  22. Crooker N.U., Antiochos S.K., Zhao X. et al. Global network of slow solar wind // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. P. A04104. https://doi.org/10.1029/2011JA017236

  23. Crooker N.U., Siscoe G.L., Shodhan S. et al. Multiple heliospheric current sheets and coronal streamer belt dynamics // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 9371.

  24. Dahlburg R.B., Karpen J.T. A triple current sheet model for adjoining coronal helmet streamers // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. P. 23489.

  25. Crooker N.U., Burton M.E., Siscoe G.L. et al. Solar wind streamer belt structure // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. P. 24 331.

  26. Мингалев О.В., Хабарова О.В., Малова Х.В. и др. Моделирование ускорения протонов в магнитном острове в складке гелиосферного токового слоя // Астрон. Вест. 2019. Т. 53. С. 34. https://doi.org/10.1134/S0320930X19010067

  27. Khabarova O., Zank G.P., Li G. et al. Small-scale magnetic islands in the solar wind and their role in particle acceleration. i. dynamics of magnetic islands near the heliospheric current sheet // Astrophys. J. 2015. V. 808. P. 181. https://doi.org/10.1088/0004- 637X/808/2/181

  28. Khabarova O.V., Zank G.P. Energetic particles of kev-mev energies observed near reconnecting current sheets at 1 AU // Astrophys. J. 2017. V. 843. P. 4. https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa7686

  29. Owens M.J., Crooker N.U., Lockwood M. Solar cycle evolution of dipolar and pseudostreamer belts and their relation to the slow solar wind // J. Geophys. Res. 2014. V. 119. P. 36. https://doi.org/10.1002/2013JA019412

  30. Hundhausen A.J. An interplanetary view of coronal holes. In: Coronal holes and high speed wind streams. P. 225–329. Colorado Associated Univ. Press: Boulder, 1977.

  31. Fainshtein V.G., Ivanov E.V. Relationship between CME Parameters and Large-Scale Structure of Solar Magnetic Fields // Sun and Geosphere. 2010. V. 5(1). P. 28.

  32. Owens M.J., Crooker N.U., Lockwood M. Solar origin of heliospheric magnetic field inversions: Evidence for coronal loop opening within pseudostreamers // J. Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 1868. https://doi.org/10.1002/jgra.50259

  33. Blanco J.J., Rodriguez-Pacheco J., Hidalgo M.A. et al. Analysis of the heliospheric current sheet fine structure: Single or multiple current sheets // J. Atm. Sol.-Terr. Phys. 2006. V. 68. P. 2173.

  34. Merkin V.G., Lyon J.G., McGregor S.L. et al. Disruption of a heliospheric current sheet fold // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38. P. L14107.

  35. Malova H.V., Popov V.Yu, Grigorenko E.E. et al. Evidence for quasi-adiabatic motion of charged particles in strong current sheets in the solar wind // Astrophys. J. 2017. V. 834. P. 1. https://doi.org/10.3847/1538-4357/834/1/34

  36. Малова Х.В., Попов В.Ю., Хабарова О.В. и др. Структура токовых слоев с квазиадиабатической динамикой частиц в солнечном ветре // Космич. исслед. 2018. Т. 56. С. 451. (Cosmic Research. P. 445.)

  37. Маевский Е.В., Кислов Р.А., Малова Х.В. и др. Модель солнечного ветра в гелиосфере на низких и высоких широтах // Физика плазмы. 2018. Т. 44. С. 89.

  38. Зеленый Л.М., Милованов А.В. Фрактальная топология и странная кинетика: от теории перколяции к проблемам космической электродинамики // Усп. физ. наук. 2004. Т. 174. С. 809.

Дополнительные материалы отсутствуют.