Анализ динамики цугов колебаний магнитного поля и потока ионов солнечного ветра перед рампом межпланетной ударной волны

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

По данным плазменного спектрометра Быстрый монитор солнечного ветра (БМСВ), измеряющего энергетические спектры ионов солнечного ветра, дополненных измерениями магнитного поля, исследовались цуги колебаний магнитного поля и потока ионов солнечного ветра, возникающих перед рампом межпланетной ударной волны. Показано, что колебания магнитного поля перед рампом межпланетной ударной волны сопровождаются колебаниями потока ионов солнечного ветра. Проведен подробный анализ отдельных событий и представлены результаты статистического исследования. Показано, что все цуги колебаний магнитного поля имели правостороннюю круговую или эллиптическую поляризацию, что согласуется с характеристиками магнитозвуковых колебаний, соответствующих низкочастотной части вистлеровских колебаний. Получено, что средние значения углов распространения вистлеровских волн относительно среднего направления магнитного поля θkB и нормали к фронту θkn составляли 31° и 40°, соответственно. Этот результат позволяет предполагать, что волновые пакеты перед рампом межпланетной ударной волны имели свойства распространяющихся вистлеровских волн.

Получено, что, в среднем, с ростом угла распространения вистлеровских волн относительно нормали к фронту ударной волны θkn уменьшается угол между волновым вектором и направлением магнитного поля, θkB.

About the authors

Н. Л. Бородкова

Институт космических исследований РАН

Author for correspondence.
Email: borodkova_nl@cosmos.ru
Russian Federation, Москва

О. В. Сапунова

Институт космических исследований РАН

Email: borodkova_nl@cosmos.ru
Russian Federation, Москва

Ю. И. Ермолаев

Институт космических исследований РАН

Email: borodkova_nl@cosmos.ru
Russian Federation, Москва

Г. Н. Застенкер

Институт космических исследований РАН

Email: borodkova_nl@cosmos.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Sagdeev R.Z. Cooperative Phenomena and Shock Waves in Collisionless Plasmas // Rev. Plasma Phys. 1966. V. 4. Art.ID. 23.
  2. Coroniti F.V. Dissipation discontinuities in hydromagnetic shock waves // J. Plasma Phys. 1970. V. 4. Art.ID. 265. doi: 10.1017/S0022377800004992
  3. Tidman D.A., Krall N.A. Shock Waves in collisionless plasmas // J. Plasma Physics. V. 8. Iss. 1. 1972. https://doi.org/10.1017/S0022377800006978
  4. Kennel C.F., Edmiston J.P., Haeda T. A quarter century of collisionless shock research // Collisionless Shocks in Heliosphere: A Tutorial Review // Geophysical Monograph Series. Washington, DC: American Geophysical Union. 1985. V. 34. P. 1–36. doi: 10.1029/GM034
  5. Mellott M.M., Greenstadt E.W. The structure of oblique subcritical bow shocks: ISEE-1 and 2 observations // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 2151–2161. https://doi.org/10.1029/JA089iA04p02151
  6. Farris M.H., Russell C.T., Thomsen M.F. Magnetic Structure of the Low Beta, Quasi-Perpendicular Shock // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 15285–15294. https://doi.org/10.1029/93JA00958
  7. Wilson III L.B., Koval A., Szabo A. et al. Revisiting the structure of low-Mach number, low-beta, quasi-perpendicular shocks // J. Geophys. Res. 2017. V. 122. Iss. 9. P. 9115–9133. https://doi.org/10.1002/2017JA024352
  8. Ramírez Vélez J.C., Blanco-Cano X., Aguilar-Rodriguez E. et al. Whistler waves associated with weak interplanetary shocks // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. Art.ID. A11103. doi: 10.1029/2012JA017573
  9. Kajdič P., Blanco-Cano X., Aguilar-Rodriguez E. et al. Waves upstream and downstream of interplanetary shocks driven by coronal mass ejections // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. Art.ID. A06103. doi: 10.1029/2011JA017381
  10. Heppner J. P., Sugiura M., Skillman T.L., et al. OGO-A magnetic field observations // J. Geophys. Res. 1967. V. 72. Iss. 11. Art.ID. 5417.
  11. Russell C.T. Upstream whistler-mode waves at planetary bow shocks: A brief review // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2007. V. 69(14). P. 1739–1746. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2006.11.004
  12. Wilson L.B. III, Koval A., Szabo A. et al. Observations of electromagnetic whistler precursors at supercritical interplanetary shocks // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39. Art.ID. L08109. doi: 10.1029/2012GL051581
  13. Tokar R.L., Gurnett D.A. The propagation and growth of whistler mode waves generated by electron beams in Earth’s bow shock // J. Geophys. Res. 1985. V. 90. P. 105–114. doi: 10.1029/JA090iA01p00105
  14. Fairfield D.H. Bow shock associated waves observed in the far upstream interplanetary medium // J. Geophys. Res. 1969. V. 74. P. 3541–3553.
  15. Fairfield D.H., Feldman W.C. Standing waves at low Mach number laminar bow shocks // J. Geophys. Res. 1975. V. 80. Art.ID. 515. https://doi.org/10.1029/JA080i004p00515
  16. Russell C.T., Farris M.H. Ultra low frequency waves at the Earth’s bow shock // Advances in Space Res. 1995. V. 15. Iss. 8–9. P. 285–296. https://doi.org/10.1016/0273-1177(94)00108-D
  17. Perez J.K., Northrop T.G. Stationary waves produced by the Earth’s bow shock // J. Geophys. Res. 1970. V. 75. Iss. 31. P. 6011–6023. https://doi.org/10.1029/JA075i031p06011
  18. Wang Y., Zhong J., Slavin J. et al. MESSENGER observations of standing whistler waves upstream of Mercury’s bow shock // Geophys. Res. Lett. 2023. V. 50. Art.ID. e2022GL102574. https://doi.org/10.1029/2022GL102574
  19. Hoppe M.M., Russell C.T. Plasma rest frame frequencies and polarizations of the low-frequency upstream waves: ISEE 1 and 2 observations // J. Geophys. Res. 1983. V. 88. Iss. A3. P. 2021–2027. https://doi.org/10.1029/JA088iA03p02021
  20. Dimmock A.P., Balikhin M.A., Walker S.N. et al. Dispersion of low frequency plasma waves upstream of the quasi-perpendicular terrestrial bow shock // Ann. Geophys. 2013. V. 31. P 387–1395. doi: 10.5194/angeo-31-1387-2013
  21. Hellinger P., Mangeney A., Matthews A.P. Whistler waves in 3D hybrid simulations of quasiperpendicular shocks // Geophys. Res. Lett. 1996. V. 23. P. 621–624. doi: 10.1029/96GL00453
  22. Matsukiyo S., Scholer M. On microinstabilities in the foot of high Mach number perpendicular shocks // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. Art.ID. A06104. doi: 10.1029/2005JA011409.
  23. Muschietti L., Lembège B. Two-stream instabilities from the lower-hybrid frequency to the electron cyclotron frequency: application to the front of quasi-perpendicular shocks // Ann. Geophys. 2017. V. 35. P. 1093–1112. https://doi.org/10.5194/angeo-35-1093-2017
  24. Burgess D., Scholer M. Collisionless Shocks in Space Plasmas: Structure and Accelerated Particles. Cambridge University Press, 2015. https://doi.org/10.1017/CBO9781139044097
  25. Nemecek Z., Safrankova J., Goncharov O. et al. Ion scales of quasi-perpendicular low-Mach-number interplanetary shocks // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. Art.ID. 4133. https://doi.org/10.1002/grl.5081
  26. Goncharov O., Šafrankova J., Němeček Z. et al. Upstream and downstream wave packets associated with low-Mach number interplanetary shocks // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41. P. 8100–8106. https://doi.org/10.1002/2014GL062149
  27. Borodkova N.L., Eselevich V.G., Zastenker G.N. et al. Fine structure of interplanetary shock front – results from BMSW experiment with high time resolution // J. Geophys. Res. 2019. V. 124. doi: 10.1029/2018JA026255
  28. Eselevich V.G., Borodkova N.L. Eselevich M.V. et al. Fine Structure of the Interplanetary Shock Wave Front According to Measurements of the Ion Flux of the Solar Wind with High Time Resolution // Cosmic Res. 2017. V. 55. Iss. 1. P. 30–45. https://doi.org/10.1134/S0010952517010038
  29. Aguilar-Rodriguez E., Blanco-Cano X., Russell C.T. et al. Dual observations of interplanetary shocks associated with stream interaction regions // J. Plasma Phys. 2011. V. 116. Art.ID. A12109. doi: 10.1029/2011JA016559
  30. Blanco-Cano X., Kajdič P., Aguilar-Rodrguez E. et al. Interplanetary shocks and foreshocks observed by STEREO during 2007–2010 // J. Geophys. Res. 2016. V. 121. P. 992–1008. doi: 10.1002/2015JA021645
  31. Wilson L.B. III, Cattell C.A., Kellogg P.J. et al. Low-frequency whistler waves and shocklets observed at quasi-perpendicular interplanetary shocks // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. Art.ID. A10106. doi: 10.1029/2009JA014376
  32. Šafrankova J., Nĕmeček Z., Přech L. et al. Fast Solar Wind Monitor (BMSW): Description and first results // Space Sci. Rev. 2013. V. 175. P. 165–182. https://doi.org/10.1007/s11214-013-9979-4
  33. Zastenker G.N., Šafrankova J., Nĕmeček Z. et al. Fast measurements of parameters of the solar wind using the BMSW instrument // Cosmic Res. 2013. V. 51. Iss. 2. P. 78–89. https://doi.org/10.1134/S0010952513020081
  34. Lepping R.P., Acuna M.H., Burlaga L.F. et al. The WIND magnetic field investigation // Space Sci. Rev. 1995. V. 71. P. 207–229. https://doi.org/10.1007/BF00751330
  35. Biskamp D. Collisionless shock waves in plasmas // Nucl. Fusion. 1973. V. 13. Art.ID. 719. doi: 10.1088/0029-5515/13/5/010
  36. Decker G., Robson A.E. Instability of the Whistler Structure of Oblique Hydromagnetic Shocks // Phys. Rev. Lett. 1972. V. 29. Art.ID. 1071. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.29.1071
  37. Сапунова О.В., Бородкова Н.Л., Еселевич В.Г. и др. Тонкая структура фронтов межпланетных ударных волн по данным прибора БМСВ эксперимента ПЛАЗМА-Ф // Косм. исслед. 2017. Т. 55. № 6. С. 407–413. doi: 10.7868/S0023420617060036
  38. Lalti A., Khotyaintsev Y.V., Graham D.B. et al. Whistler waves in the foot of quasi-perpendicular supercritical shocks // J. Geophys. Res. 2022. V. 127. Art.ID. e2021JA029969. https://doi.org/10.1029/2021JA02996

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences