Наблюдение сверхтонких токовых слоев спутниками
MMS в хвосте магнитосферы Земли

Авторы
Леоненко М.В.(1,2), Григоренко Е.Е.(1), Зелёный Л.М.(1), Малова Х.В.(1), Малыхин А.Ю.(1), Попов
В.Ю.(1)
Организации
(1) Институт космических исследований РАН
(2) Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
Сессия
Физика солнечной системы
Форма представления
Устный
Место работы научного руководителя
Институт космических исследований РАН
Научный руководитель
Григоренко Елена Евгеньевна
Текст тезисов
Флэппинг токового слоя (ТС), связанный с распространением высокоскоростных потоков
плазмы, позволил впервые наблюдать сверхтонкие токовые слои (СТС) в плазменном слое
геомагнитного хвоста Земли. В течение рассматриваемого интервала было обнаружено 111
пересечений нейтральной плоскости токового слоя. В 95 пересечениях наблюдались СТС с
плотность тока выше 20 $\text{нА/м}^2$. Полутолщина СТС ($L_\text{СТС}$) составляет порядка нескольких
гирорадиусов тепловых электронов. В ряде СТС параметр адиабатичности ($\kappa_e$) оказался ниже
1 для сверхтепловой популяции электронов (> 1 кэВ).
Впервые показано, что электрический ток в подобных СТС переносится
размагниченными электронами ($\kappa_e$ <1) и равновесное состояние СТС поддерживается
градиентом недиагональных членов тензора давления размагниченной электронной
популяции. В этом смысле, физика, лежащая в основе формирования СТС на электронных
масштабах, аналогична механизму формирования ТС на ионных масштабах с
квазиадиабатическими ионами. Низкоэнергетическая популяция электронов, которые
являются замагниченными, также крайне важна, т.к. она поддерживает стабильность СТС и
позволяет наблюдать их как квазистационарные структуры. Мы сравнили наблюдаемые
значения полутолщины СТС ($L_\text{СТС}$) с полутолщинами ($\lambda$), предсказанными новой
кинетической теорией, учитывающей связь между тонким токовым слоем на ионных
масштабах и сверхтонким токовым слоем на электронных масштабах. Мы обнаружили
соответствие между указанными значениями: $L_\text{СТС} \sim (0.3-1) \lambda$. Дальнейшее развитие теории,
учитывающее динамику размагниченных электронов, может обеспечить лучшее
соответствие наблюдений и теории.
В ходе наблюдений было показано, что СТС часто наблюдается при сильных
биполярных вариация нормальной компоненты магнитного поля $B_z$. Подобные вариации
могут свидетельствовать о конечных радиальных размерах СТС вдоль оси X. Таким образом,
предполагается, что наблюдаются множество СТС, локализованных в магнитных островах,
которые движутся совместно с быстрыми потоками. Нами был предложен метод оценки
радиальных размеров СТС, который был применен к исследуемым данным. По полученным
результатам радиальный размер подобных структур составляет порядка радиуса Земли $R_E$.