Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67277710.31857/S0023420624060045IGIGDMArticlesСтатьиResearch ArticleАнализ динамики цугов колебаний магнитного поля и потока ионов солнечного ветра перед рампом межпланетной ударной волныАнализ динамики цугов колебаний магнитного поля и потока ионов солнечного ветра перед рампом межпланетной ударной волныБородковаН. Л.
Russian Federation
borodkova_nl@cosmos.ruСапуноваО. В.
Russian Federation
borodkova_nl@cosmos.ruЕрмолаевЮ. И.
Russian Federation
borodkova_nl@cosmos.ruЗастенкерГ. Н.
Russian Federation
borodkova_nl@cosmos.ruИнститут космических исследований РАН1512202462659260527022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672777

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.

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.

Российский научный фондRussian Science Foundation22-12-00227Sagdeev R.Z. Cooperative Phenomena and Shock Waves in Collisionless Plasmas // Rev. Plasma Phys. 1966. V. 4. Art.ID. 23.Coroniti F.V. Dissipation discontinuities in hydromagnetic shock waves // J. Plasma Phys. 1970. V. 4. Art.ID. 265. DOI: 10.1017/S0022377800004992Tidman D.A., Krall N.A. Shock Waves in collisionless plasmas // J. Plasma Physics. V. 8. Iss. 1. 1972. https://doi.org/10.1017/S0022377800006978Kennel 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/GM034Mellott 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/JA089iA04p02151Farris 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/10.1029/93JA00958Wilson 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/10.1002/2017JA024352Ramírez 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: 10.1029/2012JA017573Kajdič 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: 10.1029/2011JA017381Heppner 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.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.2006.11.004Wilson 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: 10.1029/2012GL051581Tokar 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/JA090iA01p00105Fairfield D.H. Bow shock associated waves observed in the far upstream interplanetary medium // J. Geophys. Res. 1969. V. 74. P. 3541–3553.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/JA080i004p00515Russell 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-DPerez 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/JA075i031p06011Wang 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/10.1029/2022GL102574Hoppe 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/JA088iA03p02021Dimmock 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-31-1387-2013Hellinger 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: 10.1029/96GL00453Matsukiyo 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.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-35-1093-2017Burgess D., Scholer M. Collisionless Shocks in Space Plasmas: Structure and Accelerated Particles. Cambridge University Press, 2015. https://doi.org/10.1017/CBO9781139044097Nemecek 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.5081Goncharov 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/10.1002/2014GL062149Borodkova 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: 10.1029/2018JA026255Eselevich 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/S0010952517010038Aguilar-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:10.1029/2011JA016559Blanco-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: 10.1002/2015JA021645Wilson 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: 10.1029/2009JA014376Šafrankova 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/s11214-013-9979-4Zastenker 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/S0010952513020081Lepping 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/BF00751330Biskamp D. Collisionless shock waves in plasmas // Nucl. Fusion. 1973. V. 13. Art.ID. 719. DOI: 10.1088/0029-5515/13/5/010Decker 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.29.1071Сапунова 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/S0023420617060036Lalti 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