NONLINEAR INTERACTION OF LANDAU-RESONANCE ELECTRONS WITH THE EMIC WAVE IN A MULTICOMPONENT PLASMA

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Nonlinear resonant interaction between the electromagnetic ion-cyclotron (EMIC) wave and magnetospheric electrons at the Cerenkov resonance, also referred to as the Landau or the zero-order cyclotron resonance, is investigated. Based on the data obtained on September 10, 2017, by one of the Van Allen Probe (RBSP) spacecrafts, the trajectory of a monochromatic wave packet in an inhomogeneous multicomponent plasma is found. The amplitude of the wave along the propagation trajectory is calculated taking into account not only the linear resonant interaction with protons and electrons but also variation of geometric factors such as the group velocity and the ray tube cross section. Numerical integration of the nonlinear system of equations describing the motion of electrons in the field of modeled packet of the EMIC waves revealed an important role played by nonlinear effects in the dynamics of resonant particles.

Sobre autores

A. Luzhkovskii

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Email: luzartyom@yandex.ru
Moscow, 117997 Russia

Bibliografia

  1. Loto’aniu T.M., Fraser B.J., Waters C.L. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2005. V. 110. P. A07214. doi: 10.1029/2004JA010816.
  2. Min K., Lee J., Keika K., Li W. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2012. V. 117. P. A05219. doi: 10.1029/2012JA017515.
  3. Sakaguchi K., Kasahara Y., Shoji M., Omura Y., Miyoshi Y., Nagatsuma T., Kumamoto A., Matsuoka A. // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. P. 5587. doi: 10.1002/2013GL058258.
  4. Meredith N.P., Horne R.B., Kersten T., Fraser B.J., Grew R.S. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2014. V. 119. P. 5328. doi: 10.1002/2014JA020064.
  5. Chen H., Gao X., Lu Q., Tsurutani B.T., Wang, S. // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. doi: 10.1029/2020GL090275.
  6. Сагдеев Р.З., Шафранов В.Д. // ЖЭТФ. 1960. Т. 39. C. 181.
  7. Kennel C.F., Petschek H.E. // J. Geophys. Res. 1966. V. 71(1). P. 1. doi: 10.1029/JZ071i001p00001.
  8. Cornwall J.M. // J. Geophys. Res. 1965. V. 70(1). P. 61. doi: 10.1029/JZ070i001p00061.
  9. Young D.T., Perraut S., Roux A., de Villedary C., Gendrin R., Korth A., Kremser G., Jones D. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1981. V. 86. P. 6755. doi: 10.1029/JA086iA08p06755.
  10. Rauch J.L., Roux A. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1982. V. 87. P. 8191. doi: 10.1029/JA087iA10p08191.
  11. Taylor Jr. H.A., Brinton H.C., Smith C.R. // J. Geophys. Res. 1965. V. 70(23). P. 5769. doi: 10.1029/JZ070i023p05769.
  12. Young D.T., Geiss J., Balsiger H., Eberhardt P., Ghielmetti A., Rosenbauer H. // Geophys. Res. Lett. 1977. V. 4. P. 561. doi: 10.1029/GL004i012p00561.
  13. Smith R.L., Brice N. // J. Geophys. Res. 1964. V. 69(23). P. 5029. doi: 10.1029/JZ069i023p05029.
  14. Saikin A.A., Zhang J.-C., Allen R.C., Smith C.W., Kistler L.M., Spence H.E., Torbert R.B., Kletzing C.A., Jordanova V.K. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 7477. doi: 10.1002/2015JA021358.
  15. McCollough J.P., Elkington S.R., Usanova M.E., Mann I.R., Baker D.N., Kale Z.C. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2010. V. 115. P. A10214. doi: 10.1029/2010JA015393.
  16. McCollough J.P., Elkington S.R., Baker D.N. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2012. V. 117. P. A01208. doi: 10.1029/2011JA016948.
  17. Allen R.C., Zhang J.-C., Kistler L.M., Spence H.E., Lin R.-L., Klecker B., Dunlop M.W., Andre M., Jordanova V.K. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 5574. doi: 10.1002/2015JA021333.
  18. Vines S.K., Allen R.C., Anderson B.J., Engebretson M.J., Fuselier S.A., Russell C.T., Strangeway R.J., Ergun R.E., Lindqvist P.A., Torbert R.B., Burch J.L. // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46. P. 5707. doi: 10.1029/2019GL082152.
  19. Суворов Е. В., Трахтенгерц В. Ю. // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27. С. 86.
  20. Horne R.B., Thorne R.M. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1997. V. 102(A6). P. 11457. doi: 10.1029/97JA00749.
  21. Zhang J.-C., Kistler L.M., Mouikis C.G., Dunlop M.W., Klecker B., Sauvaud J.-A. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2010. V. 115. P. A06212. doi: 10.1029/2009JA014784.
  22. Zhang J.-C., Kistler L.M., Mouikis C.G., Klecker B., Sauvaud J.-A., Dunlop M.W. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2011. V. 116. P. A11201. doi: 10.1029/2011JA016690.
  23. Wang Z., Sun K., Zhang Y., Zhai H. // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. P. 022903. doi: 10.1063/1.5075509.
  24. Jordanova V.K., Farrugia C.J., Thorne R.M., Khazanov G.V., Reeves G.D., Thomsen M.F. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2001. V. 106(A1). P. 7. doi: 10.1029/2000JA002008.
  25. Jordanova V.K., Spasojevic M., Thomsen M.F. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2007. V. 112. P. A08209. doi: 10.1029/2006JA012215.
  26. Engebretson M.J., Posch J.L., Wygant J.R., Kletzing C.A., Lessard M.R., Huang C.L., Spence H.E., Smith C.W., Singer H.J., Omura Y., Horne R.B., Reeves G.D., Baker D.N., Gkioulidou M., Oksavik K., Mann I.R., Raita T., Shiokawa K. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 5465. doi: 10.1002/2015JA021227.
  27. Yahnin A.G., Popova T.A., Demekhov A.G., Lubchich A.A., Matsuoka A., Asamura K., Miyoshi Y., Yokota S., Kasahara S., Keika K., Hori T., Tsuchiya F., Kumamoto A., Kasahara Y., Shoji M., Kasaba Y., Nakamura S., Shinohara I., Kim H., Noh S., Raita T. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2021. V. 126. doi: 10.1029/2020JA029091.
  28. Thorne R.M., Kennel C.F. // J. Geophys. Res. 1971. V. 76(19). P. 4446. doi: 10.1029/JA076i019p04446.
  29. Summers D., Thorne R.M. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2003. V. 108. P. 1143. doi: 10.1029/2002JA009489.
  30. Jordanova V.K., Albert J., Miyoshi Y. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2008. V. 113. P. A00A10. doi: 10.1029/2008JA013239.
  31. Zhu H., Chen L., Claudepierre S.G., Zheng L. // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. doi: 10.1029/2019GL085637.
  32. Grach V.S., Artemyev A.V., Demekhov A.G., Zhang X.-J., Bortnik J., Angelopoulos V., Nakamura R., Tsai E., Wilkins C., Roberts O.W. // Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49. doi: 10.1029/2022GL099994.
  33. Angelopoulos V., Zhang X.-J., Artemyev A.V., Mourenas D., Tsai E., Wilkins C., Runov A., Liu J., Turner D.L., Li W., Khurana K., Wirz R.E., Sergeev V.A., Meng X., Wu J., Hartinger M.D., Raita T., Shen Y., An X., Shi X., Bashir M.F., Shen X., Gan L., Qin M., Capannolo L., Ma Q., Russell C.L., Masongsong E.V., Caron R., He I., Iglesias L., Jha S., King J., Kumar S., Le K., Mao J., McDermott A., Nguyen K., Norris A., Palla A., Roosnovo A., Tam J., Xie E., Yap R.C., Ye S., Young C., Adair L.A., Shaffer C., Chung M., Cruce P., Lawson M., Leneman D., Allen M., Anderson M., Arreola-Zamora M., Artinger J., Asher J., Branchevsky D., Cliffe M., Colton K., Costello C., Depe D., Domae B.W., Eldin S., Fitzgibbon L., Flemming A., Frederick D.M., Gilbert A., Hesford B., Krieger R., Lian K., McKinney E., Miller J.P., Pedersen C., Qu Z., Rozario R., Rubly M., Seaton R., Subramanian A., Sundin S.R., Tan A., Thomlinson D., Turner W., Wing G., Wong C., Zarifian A. // Space Sci. Rev. 2023. V. 219. P. 37. doi: 10.1007/s11214-023-00984-w.
  34. Grach V.S., Artemyev A.V., Demekhov A.G., Zhang X.-J., Bortnik J., Angelopoulos V. // Geophys. Res. Lett. 2024. V. 51. doi: 10.1029/2023GL107604.
  35. Thorne R.M., Horne R.B. // Geophys. Res. Lett. 1992. V. 19. P. 417. doi: 10.1029/92GL00089.
  36. Usanova M.E. // Front. Astron. Space Sci. 2021. V. 8. doi: 10.3389/fspas.2021.744344.
  37. Wang B., Li P., Huang J., Zhang B. // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. doi: 10.1063/1.5088374.
  38. Bortnik J., Chen L., Li W., Thorne R.M., Horne R.B. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2011. V. 116. doi: 10.1029/2011JA016499.
  39. Kletzing C.A., Kurth W.S., Acuna M., MacDowall R.J., Torbert R.B., Averkamp T., Bodet D., Bounds S.R., Chutter M., Connerney J., Crawford D., Dolan J.S., Dvorsky R., Hospodarsky G.B., Howard J., Jordanova V., Johnson R.A., Kirchner D.L., Mokrzycki B., Needell G., Odom J., Mark D., Pfaff R., Phillips J.R., Piker C.W., Remington S.L., Rowl D., Santolik O., Schnurr R., Sheppard D., Smith C.W., Thorne R.M., Tyler J. // Space Sci. Rev. 2013. V. 179. P. 127. doi: 10.1007/s11214-013-9993-6.
  40. Kurth W.S., De Pascuale S., Faden J.B., Kletzing C.A., Hospodarsky G.B., Thaller S., Wygant J.R. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120. P. 904. doi: 10.1002/2014JA020857.
  41. Ахиезер И.А., Половин Р.В., Ситенко А.Г., Степанов К.Н. Электродинамика плазмы / Ред. Ахиезер А.И. М.: Наука, 1974.
  42. Gamayunov K.V., Min K., Saikin A.A., Rassoul H. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2018. V. 123. P. 8533. doi: 10.1029/2018JA025629.
  43. Gamayunov K.V., Kim H., Shin Y. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2024. V. 129. doi: 10.1029/2023JA032399.
  44. Shklyar D.R., Matsumoto H. // Surv. Geophys. 2009. V. 30(2). P. 55. doi: 10.1007/s10712-009-9061-7.
  45. Шкляр Д.Р. // Плазменная гелиогеофизика / Под ред. Л.М. Зеленого и И.С. Веселовского. М.: Физматлит, 2008. Т. 2. С. 391.
  46. Luzhkovskiy A.A., Shklyar D.R. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2023. V. 128. doi: 10.1029/2023JA031962.
  47. Shklyar D.R., Chum J., Jir˘ı´c˘ek, F. // Ann. Geophys. 2004. V. 22. P. 3589. doi: 10.5194/angeo-22-3589-2004.
  48. Fu S., He F., Gu X., Ni B., Xiang Z., Liu J. // Adv. Space Res. 2018. V. 61. P. 2091. doi: 10.1016/j.asr.2018.01.041.
  49. Yan Y., Yue C., Yin Z.-F., Zhou X.-Z., Zong Q.-G., Li J.-H. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2023. V. 128. doi: 10.1029/2023JA031451.
  50. Nakamura S., Omura Y., Kletzing C., Baker D.N. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2019. V. 124. P. 6701. doi: 10.1029/2019JA026772.
  51. Nunn D. // Planet. Space Sci. 1971. V. 19. P. 1141. doi: 10.1016/0032-0633(71)90110-3.
  52. Su Z., Zhu H., Xiao F., Zheng H., Zhang M., Liu Y. C.-M., Shen C., Wang Y., Wang S. // Phys. Plasmas. 2014. V. 21(5). doi: 10.1063/1.4880036.
  53. Albert J.M. // Phys. Fluids. 1993. V. 5(8). P. 2744. doi: 10.1063/1.860715.
  54. Albert J.M. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2000. V. 105. P. 21191. doi: 10.1029/2000JA000008.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024