Возбуждение ионно-циклотронных волн в магнитосфере Земли

Левополяризованные электромагнитные ионно-циклотронные волны – это поперечные волны, генерируемые в экваториальной области магнитосферы Земли неустойчивым распределением энергичных ионов с энергией ~10-100 кэВ. В данной работе исследуется инкремент ионно-циклотронных волн как функции частоты волны и угла волновой нормали. Для его расчета используется функция распределения протонов, учитывающая температурную анизотропию и конус потерь. Другие ионы, помимо протонов, такие как, гелий и кислород, также присутствуют в магнитосферной плазме, но в работе мы ограничиваемся исследованием электрон-протонной плазмы. Вычисления выполнены с использованием дисперсионного соотношения, поляризационных коэффициентов и выражения для плотности энергии волны, справедливых во всем диапазоне частот и углов волновой нормали ионно-циклотронных волн, включая квази-электростатический предел.

В последнее время в научной литературе интенсивно исследуется резонансное взаимодействие электромагнитных ионно-циклотронных (ЭМИЦ) волн с релятивистскими электронами, приводящее к питч-угловому рассеянию электронов и их высыпанию в атмосферу Земли. Поскольку частота ЭМИЦ волн много меньше электронной циклотронной частоты, то циклотронный резонанс не изменяет энергию частиц, а приводит только к изменению питч-угла электронов. Ввиду того, что продольная компонента электрического поля ЭМИЦ волны очень мала, то взаимодействие осуществляется на циклотронных резонансах с n≠0, что требует энергии электронов ≳ нескольких МэВ. Определение частот возбуждения ЭМИЦ волн, соответствующих частотам максимального инкремента, является важным в исследовании резонансного взаимодействия волн с электронами ввиду существенной резонансной энергии от частоты волны. Для характерных параметров магнитосферной плазмы и реалистичных параметров функции распределения, как показывают произведенные расчеты, инкремент волн имеет максимум для случая продольного распространения, для частоты волны ~ (0.2-0.6) ионной гирочастоты.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 22-22-00135.