КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 15-12-20005
НазваниеТеоретическое и экспериментальное исследование резонансного взаимодействия волн с энергичными заряженными частицами в околоземной космической плазме
Руководитель Демехов Андрей Геннадьевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Полярный геофизический институт" , Мурманская обл
Конкурс №8 - Конкурс 2015 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований в небольших группах под руководством ведущих российских и зарубежных ученых»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-503 - Ионосферная и космическая плазма
Ключевые слова магнитосфера, плазма, волны, магнитные бури, полярные сияния, радиационные пояса, кольцевой ток, космические циклотронные мазеры, взаимодействие частиц и волн
Код ГРНТИ29.27.45
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Основная проблема, на решение которой направлен проект - проблема формирования спектров и пространственно-временной динамики дискретных и шумовых сигналов естественного и искусственного (антропогенного) происхождения в космических магнитных ловушках (в первую очередь, в магнитосферах Земли и планет) и их лабораторных аналогах при их циклотронном взаимодействии с энергичными заряженными частицами и эволюция функции распределения энергичных электронов и ионов при таком взаимодействии.
Взаимодействие энергичных заряженных частиц с волнами в космическом пространстве во многих случаях определяется неравновесным характером распределения частиц по скоростям. Такие частицы сами могут генерировать сигналы с достаточно сложной, в том числе, дискретной спектрально-временной структурой. Дискретный характер спектра волн кардинально изменяет эффективность воздействия волн на заряженные частицы, наиболее существенными последствиями которого является ускорение некоторой доли частиц до больших энергий (например, до нескольких МэВ в случае электронов в радиационных поясах Земли) и потери частиц (высыпания частиц, захваченных в магнитные ловушки, через конус потерь).
Указанные процессы представляют как фундаментальный, так и практический интерес. В фундаментальном плане речь идет об активных системах с достаточно сложным характером нелинейности, понимание которых далеко от полноты. В практическом плане такие процессы имеют важное значение для формирования электромагнитной обстановки в околоземном и околопланетном пространстве и для динамики радиационных поясов Земли и планет. Генерируемые электромагнитные сигналы, помимо их роли в ускорении заряженных частиц и потерях частиц из магнитных ловушек, несут важную диагностическую информацию. В последнее время интенсивно обсуждаются перспективы активного воздействия на радиационные пояса (их "очистки") посредством электромагнитных сигналов искусственного происхождения.
Обозначенная проблема привлекает в настоящее время большое внимание исследователей. Дополнительным стимулом к теоретической и экспериментальной работе в этом направлении является получение и необходимость обработки и анализа новых высококачественных данных с запущенных в 2012 году спутников Van Allen Probes (RBSP) и подготовка новых космических проектов, нацеленных на изучение внутренней магнитосферы, таких как "Резонанс" (Россия) и ERG (Япония).
В рамках сформулированной выше проблемы будут решаться следующие основные задачи:
- развитие теории и численных моделей генерации дискретных низкочастотных сигналов в магнитосфере Земли, таких как хоровые ОНЧ излучения, "жемчужины" в диапазоне короткопериодных геомагнитных пульсаций (Pc1), и пр.;
- теоретическое исследование ускорения и высыпаний заряженных частиц при их взаимодействии с дискретными сигналами разной природы;
- анализ данных по взаимодействию волн и частиц с околоземных спутников RBSP, THEMIS, Cluster и данных, полученных в магнитосферах Юпитера и Сатурна, и сопоставление теоретических и наблюдательных результатов;
- анализ наземных и спутниковых наблюдательных данных о высыпаниях энергичных заряженных частиц и коррелирующих с этими высыпаниями электромагнитных сигналов;
- развитие и применение модели формирования искусственных дактов плотности при нагреве земной ионосферы мощным КВ радиоизлучением и исследование распространения и усиления естественных и искусственных низкочастотных сигналов в ионосфере и магнитосфере с учетом таких дактов;
- исследование по спутниковым данным низкочастотной турбулентности, возникающей при воздействии мощных коротковолновых (КВ) передатчиков на ионосферно-магнитосферную плазму;
- поиск и детальный анализ случаев одновременных наблюдений пульсирующих сияний наземными камерами (ПГИ РАН, системы MAIN, Ловозеро) и ОНЧ волн наземными (Геофизическая обсерватория Соданкюля, Финляндия, и ПГИ РАН) и спутниковыми (RBSP, THEMIS) приемниками;
- развитие и применение новых методов обработки наблюдательных данных включая методы математической морфологии.
Коллектив включает руководителя проекта и его сотрудников (ИПФ РАН), являющихся квалифицированными специалистами в теоретическом исследовании взаимодействия волн и частиц в космической плазме, и участников проекта из ПГИ РАН, обладающих большим опытом анализа спутниковых и наземных данных о проявлениях такого взаимодействия. Между "теоретической" и "экспериментальной" подгруппами сложились тесные и плодотворные научные связи: они участвовали в 4 совместных проектах INTAS (1998-2007 г.г.), опубликовали совместно более 20 научных работ в индексируемых изданиях, из них 7 за последние 5 лет.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Попова Т.А. Сопряженные измерения потоков протонов на низких высотах и ЭМИЦ волн в магнитосфере Труды Кольского научного центра, №32, С.21-25. (год публикации - 2015)
2.
Ермакова Е.Н., Яхнин А.Г., Яхнина Т.А., Демехов А.Г., Котик Д.С.
Спорадические геомагнитные пульсации на частотах до 15 Гц в период магнитной бури 7-14 ноября 2004 г: особенности амплитудных и поляризационных спектров и связь с ионно-циклотронными волнами в магнитосфере
Известия вузов. Радиофизика, №8, Т.58. С.607-622 (год публикации - 2015)
10.1007/s11141-016-9628-3
3.
Титова Е.Е., Козелов Б.В., Демехов А.Г., Маннинен Ю., Сантолик О., Клетцинг Л.А., Ривс Дж.
Identification of the source of quasiperiodic VLF emissions using ground-based and Van Allen Probes satellite observations
Geophysical Research Letters, V.42, P.6137-6145 (год публикации - 2015)
10.1002/2015GL064911
4.
Козелов Б. В., Маннинен Ю., Титова Е. Е.
Пульсирующие сияния и квазипериодические ОНЧ шипения в утреннем секторе в авроральной зоне: событие 30 декабря 2011
Космические исследования, Т.54, №1. С.44-51 (год публикации - 2016)
10.7868/S0023420616010118
5. Демехов А.Г. Связь между параметрами линейной и нелинейной стадии генерации волн в магнитосферном циклотронном мазере в режиме лампы обратной волны Известия вузов. Радиофизика, №10. С.863-872 (год публикации - 2016)
Публикации
1. Семенова Н.В., Яхнина Т.А., Яхнин А.Г., Демехов А.Г. Глобальное распределение высыпаний энергичных протонов к экватору от границы изотропных потоков Геомагнетизм и аэрономия (год публикации - 2017)
2. Грач В.С., Демехов А.Г. Резонансное взаимодействие электронов радиационных поясов Земли со свистовыми волнами, распространяющимися под углом к магнитному полю Physics of Auroral Phenomena, Т.39. C.52-55 (год публикации - 2016)
3. Семенова Н.В., Яхнина Т.А., Яхнин А.Г., Демехов А.Г. Особенности морфологии высыпаний энергичных протонов к экватору от границы изотропии по данным низкоорбитальных спутников Physics of Auroral Phenomena, Т.39. C.31-35 (год публикации - 2016)
4.
Яхнин А.Г., Яхнина Т.А., Семенова Н.В., Гвоздевский Б.Б., Пашин А.Б.
Relativistic electron precipitation as seen by NOAA POES
J. Geophys. Res. Space Physics, V.121, No.9. P.8286–8299 (год публикации - 2016)
10.1002/2016JA022765
5. Шкляр Д.Р., Титова Е.Е. Взаимодействие протонов с квази-электростатическими свистовыми волнами в неоднородной плазме (магнитосфере) Геомагнетизм и аэрономия, Т.57, №1 (год публикации - 2017)
6. Яхнин А.Г., Яхнина Т.А., Семенова Н.В., Пашин А.Б. Morphology of Relativistic Electron Precipitation Proceedings of V International conference "Atmosphere, Ionosphere, Safety", ed. I. V. Karpov. — Kaliningrad, 2016. — 549 p, P. 507-513 (год публикации - 2016)
7. Любчич А.А., Демехов А.Г., Титова Е.Е., Яхнин А.Г. Амплитудно-частотные характеристики ионно-циклотронных и свистовых волн по данным спутников Van Allen Probes Геомагнетизм и аэрономия, Т.57, №1 (год публикации - 2017)
8. Яхнин А.Г. Particle Precipitation from Magnetosphere to Atmosphere in High-to-Low Latitudes Proceedings of V International conference "Atmosphere, Ionosphere, Safety", ed. I. V. Karpov. — Kaliningrad, 2016. — 549 p, P.46-49 (год публикации - 2016)
9.
Уокер С.Н., Демехов А.Г., Бордсен С.А., Ганюшкина Н.Ю., Сайбек Д.Г., Балихин М.А.
Cluster observations of non–time continuous magnetosonic waves
J. Geophys. Res. Space Physics, V.121, No.10. P.9701–9716. (год публикации - 2016)
10.1002/2016JA023287
Публикации
1. Широков Е.А., Демехов А.Г., Чугунов Ю.В., Ларченко А.В. Theory of a receiving antenna applied to the spacecraft observations of quasi-electrostatic whistler mode waves "Physics of auroral phenomena", Proceedings of the 40th Annual Seminar, Polar Geophysical Institute, Apatity, С.58-61 (год публикации - 2017)
2. Яхнин А.Г., Яхнина Т.А., Семенова Н.В., Попова Т.А., Демехов А.Г. Протонные сияния к экватору от овала как проявление ионно-циклотронной неустойчивости в магнитосфере Земли (краткий обзор) Геомагнетизм и аэрономия (год публикации - 2018)
3. Грач В.С., Демехов А.Г. Режим лампы обратной волны в магнитосферном циклотронном мазере для произвольного угла между направлением распространения волны и внешним магнитным полем Известия вузов. Радиофизика, Т.60, №8. С.665-679. (год публикации - 2017)
4. Попова Т.А., Яхнин А.Г., Демехов А.Г., Черняева С.А. Генерация ЭМИЦ волн в магнитосфере и высыпания энергичных протонов: сопоставление данных высокоорбитальных спутников THEMIS и низкоорбитальных спутников POES Геомагнетизм и аэрономия (год публикации - 2018)
5. Титова Е.Е., Демехов А.Г., Маннинен Ю., Пасманик Д.Л., Ларченко А.В. Локализация источников узкополосных шумовых ОНЧ излучений в диапазоне 4-10 кГц по результатам одновременных наблюдений на земле и на спутниках Van Allen Probes Геомагнетизм и аэрономия, Т.57, №6. С.706–718. (год публикации - 2017)
6.
Демехов А.Г., Маннинен Ю., Сантолик О., Титова Е.Е.
Conjugate ground–spacecraft observations of VLF chorus elements
Geophysical Research Letters, V.44 (год публикации - 2017)
10.1002/2017GL076139
7.
Широков Е.А., Демехов А.Г., Чугунов Ю.В., Ларченко А.В.
Effective length of a receiving antenna in case of quasi-electrostatic whistler mode waves: Application to spacecraft observations of chorus emissions
Radio Science, V.52. P.884–895. (год публикации - 2017)
10.1002/2016RS006235
8.
Демехов А. Г., Таубеншусс У., Сантолик О.
Simulation of VLF chorus emissions in the magnetosphere and comparison with THEMIS spacecraft data
Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2017. V.122, No.1. P.166-184. (год публикации - 2017)
10.1002/2016JA023057
9.
Пархомов В.А., Бородкова Н.Л., Яхнин А.Г., Суворова А.В., Довбня Б.В., Пашинин А.Ю., Козелов Б.В.
Глобальный импульсный всплеск геомагнитных пульсаций в частотном диапазоне 0.2–5 Гц, как предвестник внезапного начала геомагнитной бури Святого Патрика 17 марта 2015 г.
Космические исследования, Т.55, №.5. С.321–334. (год публикации - 2017)
10.1134/S0010952517050070
10.
Ким Х., Лессард М. Р., Джонс С. Л., Линч К. А., Фернандес П. А., Арулиа А. Л., Енгебретсон М. Дж., Моэн Дж. И., Оксавик К., Яхнин А. Г., Йоман Т. К.
Simultaneous observations of traveling convection vortices: Ionosphere-thermosphere coupling
J. Geophys. Res. Space Physics, V.122. P.4943–4959. (год публикации - 2017)
10.1002/2017JA023904
11. Яхнин А.Г., Яхнина Т.А., Семенова Н.В., Попова Т.А., Демехов А.Г. Протонные сияния к экватору от аврорального овала как проявление ионно-циклотронной неустойчивости в магнитосфере Земли (краткий обзор) "Physics of auroral phenomena", Proceedings of the 40th Annual Seminar, Polar Geophysical Institute, Apatity, С.66-73 (год публикации - 2017)
12. Ларченко А.В., Демехов А.Г., Козелов Б.В. Параметризация дискретных элементов хоровых ОНЧ излучений с помощью методов математической морфологии Труды Кольского научного центра РАН, Серия "Гелиогеофизика". Выпуск 3. С.47-54. (год публикации - 2017)
13.
Пасманик Д.Л., Демехов А.Г.
Peculiarities of VLF wave propagation in the Earth's magnetosphere in the presence of artificial large scale inhomogeneity
J. Geophys. Res. Space Physics, V.122. P.8124–8135. (год публикации - 2017)
10.1002/2017JA024118
14. Семенова Н.В., Яхнин А.Г., Яхнина Т.А., Демехов А.Г. Зависимость высыпаний энергичных протонов экваториальнее границы изотропных потоков от геомагнитной активности "Physics of auroral phenomena", Proceedings of the 40th Annual Seminar, Polar Geophysical Institute, Apatity, С.46-49 (год публикации - 2017)
15. Грач В.С., Демехов А.Г. Резонансное взаимодействие релятивистских электронов с ионно-циклотронными волнами. I. Особенности нелинейных режимов взаимодействия Известия вузов. Радиофизика (год публикации - 2017)
16. Попова Т.А. Концентрация холодной плазмы в области генерации ионно-циклотронной неустойчивости во время сжатия магнитосферы импульсом давления солнечного ветра Труды Кольского научного центра РАН, Серия "Гелиогеофизика". Выпуск 3. С.31-37. (год публикации - 2017)