Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67247910.31857/S0023420624010021ArticlesСтатьиResearch ArticleФлуктуации электрического и магнитного полей в плазменном слое хвоста магнитосферы земли по данным MMSФлуктуации электрического и магнитного полей в плазменном слое хвоста магнитосферы земли по данным MMSОвчинниковИ. Л.
Russian Federation
ilya@psn.ruНайкоД. Ю.
Russian Federation
ilya@psn.ruАнтоноваЕ. Е.
Russian Federation
ilya@psn.ruНаучно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М. В. ЛомоносоваМосковский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваИнститут космических исследований РАН27062024621133527022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672479

Проведен статистический анализ спектров флуктуаций электрического и магнитного поля в плазменном слое хвоста магнитосферы Земли по данным спутников миссии Multiscale Magnetosphere Mission (MMS) за 2017–2022 гг. при небольших скоростях движения плазмы. Рассмотрены результаты измерений комплекса аппаратуры FIELDS. Выделены трехчасовые интервалы, во время которых спутники находились внутри плазменного слоя и плазменный параметр β был больше единицы. Проведен анализ более ста тысяч спектров флуктуаций электрического поля прибором EDP/DCE и магнитного поля прибором FGM. Из рассмотрения были исключены интервалы со скоростями плазмы свыше 100 км/с. Для каждого интервала определены показатели наклонов спектров в частотном диапазоне 0.014–16 Гц. Выявлено, что величины показателей спектров существенно отличаются для электрического и магнитного поля. Получены зависимости показателей спектров от усредненных по интервалу уровней флуктуаций электрического и магнитного полей.

Проведен статистический анализ спектров флуктуаций электрического и магнитного поля в плазменном слое хвоста магнитосферы Земли по данным спутников миссии Multiscale Magnetosphere Mission (MMS) за 2017–2022 гг. при небольших скоростях движения плазмы. Рассмотрены результаты измерений комплекса аппаратуры FIELDS. Выделены трехчасовые интервалы, во время которых спутники находились внутри плазменного слоя и плазменный параметр β был больше единицы. Проведен анализ более ста тысяч спектров флуктуаций электрического поля прибором EDP/DCE и магнитного поля прибором FGM. Из рассмотрения были исключены интервалы со скоростями плазмы свыше 100 км/с. Для каждого интервала определены показатели наклонов спектров в частотном диапазоне 0.014–16 Гц. Выявлено, что величины показателей спектров существенно отличаются для электрического и магнитного поля. Получены зависимости показателей спектров от усредненных по интервалу уровней флуктуаций электрического и магнитного полей.

РНФRussian Science Foundation23-22-00076Angelopoulos V., Mukai T., Kokubun S. Evidence for intermittency in Earth’s plasma sheet and implications for self-organized criticality // Physics of Plasmas. 1999. V. 6. P. 4161–4168. https://doi.org/10.1063/1.873681Antonova E. E., Stepanova M. V. The impact of turbulence on physics of the geomagnetic tail // Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 2021. V. 8. Art. ID. 622570. https://doi.org/10.3389/fspas.2021.622570Baker D. N., Riesberg L., Pankratz C. K. et al. Magnetospheric Multiscale Instrument Suite Operations and Data System // Space Science Reviews. 2016. V. 199. P. 545–575. https://doi.org/10.1007/s11214-014-0128-5Borovsky J. E., Elphic R. C., Funsten H. O. et al. The Earth’s plasma sheet as a laboratory for flow turbulence in high-β MHD // J. Plasma Physics. 1997. V. 57. Iss. 1. P. 1–34. https://doi.org/10.1017/S0022377896005259Borovsky J. E., Funsten H. O. MHD turbulence in the Earths plasma sheet: Dynamics, dissipation, and driving // J. Geophysical Research. 2003. V. 108. Iss. A7. Art. ID. 1284. https://doi.org/10.1029/2002JA009625Burch J. L., Moore T. E., Torbert R. B. et al. Magnetospheric Multiscale overview and science objectives // Space Sci. Rev. 2016. V. 199. P. 5–21. https://doi.org/10.1007/s11214-015-0164-9Chasapis A., Matthaeus W. H., Parashar T. N. et al. High-resolution statistics of solar wind turbulence at kine-tic scales using the Magnetospheric Multiscale Mission // The Astrophysical J. Letters. 2017. V. 844. Iss. 1. Art. ID. L9. https://doi.org/10.3847/2041-8213/aa7dddErgun R. E., Goodrich K. A., Wilder F. D. et al. Magnetic reconnection, turbulence, and particle acceleration: Observations in the Earth’s magnetotail // Geophysical Research Letters. 2018. V. 45. Iss. 8. P. 3338–3347. https://doi.org/10.1002/2018GL076993Ergun R. E., Usanova M. E., Turner D. L. et al. Bursty bulk flow turbulence as a source of energetic particles to the outer radiation belt // Geophysical Research. Letters. 2022. V. 49. Iss. 11. Art. ID. e2022GL098113. https://doi.org/10.1029/2022GL098113Eastwood J. P., Phan T. D., Bale S. D. et al. Observations of turbulence generated by magnetic reconnection // Physical Review Letters. 2009. V. 102. Iss. 03. Art. ID. 035001. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.035001Echim M., Chang T., Kovacs P. Turbulence and complexity of magnetospheric plasmas // Magnetospheres in the Solar System. 1st ed. / ed. R. Maggiolo, N. André, H. Hasegawa, D. T. Welling. John Wiley and Sons, Inc., 2021. Ch. 5. P. 67–91. https://doi.org/10.1002/9781119815624.ch5Khabarova O. V., Malandraki O., Malova H. et al. Current sheets, plasmoids and flux ropes in the heliosphere. Pt. 1. General and observational aspects: 2-d or not 2-d? // Space Science Reviews. 2021. V. 217. Art. ID. 38. https://doi.org/10.1007/s11214-021-00814-xKhotyaintsev Y., Lindqvist P.-A., Nilsson T. Spin-plane Double Probe instrument/Axial Double Probe instrument (SDP/ADP) Data Products Guide. 2017. https://lasp.colorado.edu/mms/sdc/public/datasets/fields/EDP_Data_Products_Guide_v1.3.pdfLeinweber H. K., Bromund K. R., Strangeway R. J. The MMS Fluxgate Magnetometers Science Data Products Guide. 2016. https://lasp.colorado.edu/mms/sdc/public/datasets/fields/FGM_DataProductsGuide2016Apr20.pdfОвчинников И. Л., Антонова Е. Е. Турбулентный транспорт магнитосферы Земли: обзор результатов наблюдений и моделирования // Геомагнетизм и аэрономия. 2017. Т. 57. № 6. С. 706–714. http://dx.doi.org/10.7868/S0016794017060086 (Ovchinnikov I. L., Antonova E. E. Turbulent transport of the Earth magnitosphere: Review of the results of observations and modeling // Geomagnetism and Aeronomy. 2017. V. 57. Iss.6. P. 655–663. https://doi.org/10.1134/S0016793217060081).Petrukovich A. A., Malakhov D. V. Variability of magnetic field spectra in the Earth’s magnetotail // Nonlinear Process in Geophysics. 2009. V. 16. P. 691–698. https://doi.org/10.5194/npg-16–691–2009Pollock C., Moore T., Jacques A. et al. Fast Plasma Investigation for Magnetospheric Multiscale // Space Science Reviews. 2016. V. 199. P. 331–406. https://doi.org/10.1007/s11214-016-0245-4Rakhmanova L., Riazantseva M., Zastenker G. Plasma and Magnetic Field Turbulence in the Earth’s Magnetosheath at Ion Scales // Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 2021. V. 7. Art. ID. 616635. https://doi.org/10.3389/fspas.2020.616635Stepanova M., Pinto V., Valdivia J. A. et al. Spatial distribution of the eddy diffusion coefficients in the plasma sheet during quiet time and substorms from THEMIS satellite data // J. Geophysical Research. 2011. V. 116. Iss. A5. Art. ID. A00I24. https://doi.org/10.1029/2010JA015887Stawarz J. E., Matteini L., Parashar T. N. et al. Comparative analysis of the various generalized Ohm’s law terms in magnetosheath turbulence as observed by Magnetospheric Multiscale // J. Geophysical Research: Space Physics. 2021. V. 126. Iss. 1. Art. ID. e2020JA028447. https://doi.org/10.1029/2020JA028447Taylor G. I. The spectrum of turbulence // Proc. Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 1938. V. 164. P. 476–490. https://doi.org/10.1098/rspa.1938.0032Torbert R. B., Russell C. T., Magnes W. et al. The FIELDS Instrument Suite on MMS: Scientific Objectives, Measurements, and Data Products // Space Science Reviews. 2016. V. 199. P. 105–135. https://doi.org/10.1007/s11214-014-0109-8Vörös Z., Baumjohann W., Nakamura R. et al. Magnetic turbulence in the plasma sheet // J. Geophysical Research. 2004. V. 109. Iss. A11. Art. ID. 11215. https://doi.org/10.1029/2004JA010404Vörös Z., Baumjohann W., Nakamura R. et al. Bursty bulk flow driven turbulence in the Earth’s plasma sheet // Space Science Reviews. 2006. V. 122. P. 301– 311. https://doi.org/10.1007/s11214-006-6987-7Weygant J. M., Kivelson M. G., Khuranaet K. K. et al. Plasma sheet turbulence observed by Cluster II // J. Geophysical Research. 2005. V. 110. Iss. A1. Art. ID. A01205. https://doi.org/10.1029/2004JA010581Yordanova E., Vörös Z., Varsani A. et al. Electron scale structures and magnetic reconnection signatures in the turbulent magnetosheath // Geophysical Research Letters. 2016. V. 43. Iss. 12. P. 5969–5978. https://doi.org/10.1002/2016GL069191Zelenyi L., Artemyev A., Petrukovich A. Properties of Magnetic Field Fluctuations in the Earth’s Magnetotail and Implications for the General Problem of Structure Formation in Hot Plasmas // Space Science Reviews. 2015. V. 188. P. 287–310. https://doi.org/10.1007/s11214-014-0037-7