Plasma Physics ReportsPlasma Physics ReportsФизика плазмы0367-29213034-6371The Russian Academy of Sciences66843710.31857/S0367292123600814EHOFKRПЫЛЕВАЯ ПЛАЗМАUnknownNonlinear Dust Acoustic Waves in Exosphere of MercuryНелинейные пылевые звуковые волны в экзосфере МеркурияIzvekovaYu. N.ИзвековаЮ. Н.izvekova@iki.rssi.ruPopelS. I.ПопельС. И.izvekova@iki.rssi.ruGolub’A. P.ГолубьА. П.izvekova@iki.rssi.ruSpace Research Institute, Russian Academy of SciencesИнститут космических исследований РАН0110202349101010101526022025Copyright ©; 2023, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2023, Российская академия наук2023Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0367-2921/article/view/668437

The exosphere of Mercury, which has much in common with the exosphere of the Moon, can also contain suspended dust particles, which, under the action of intense solar radiation, acquire positive charges and form one of the components of the dusty plasma system. In addition to dust particles, there are photoelectrons above the planet surface, formed as a result of interaction of solar radiation with the planet surface, as well as with suspended dust particles. Mercury, unlike the Moon, has its own magnetosphere, which affects the parameters of dusty plasma system. The dusty plasma parameters near the Mercury surface can vary depending on the distance from the planet to the Sun, which considerably changes when the planet moves along the elongated orbit, and also depending on the localization of the region under consideration on the planet surface. Thus, near the magnetic poles, the solar wind can reach the planet surface, which must be taken into account when determining the plasma parameters. Far from the magnetic poles, the effect of the solar wind can be neglected. In the dusty plasma near the surface of Mercury, one can expect the development of linear and nonlinear wave processes. In this paper, nonlinear waves are considered, namely, dust acoustic solitons and nonlinear periodic waves. The profiles of potentials of high-amplitude solitons and nonlinear periodic waves are obtained, as well as the soliton amplitudes as functions of the altitude above the planet surface and soliton velocity.

Экзосфера Меркурия, имеющая много общего с экзосферой Луны, также может содержать взвешенные пылевые частицы, которые под действием интенсивного солнечного излучения приобретают положительные заряды и являются одной из составляющих плазменно-пылевой системы. Кроме пылевых частиц, над поверхностью планеты присутствуют фотоэлектроны, образованные в результате взаимодействия солнечного излучения с поверхностью планеты, а также с взвешенными пылевыми частицами. Меркурий, в отличие от Луны, имеет свою магнитосферу, что отражается на параметрах плазменно-пылевой системы. Параметры пылевой плазмы у поверхности Меркурия могут изменяться в зависимости от расстояния планеты до Солнца, которое заметно меняется при движении по вытянутой орбите, а также в зависимости от локализации рассматриваемой области на поверхности планеты. Так, вблизи магнитных полюсов солнечный ветер может достигать поверхности планеты, что необходимо учитывать при определении параметров плазмы. Вне магнитных полюсов влиянием солнечного ветра можно пренебречь. В пылевой плазме у поверхности Меркурия можно ожидать развития линейных и нелинейных волновых процессов. В данной работе рассматриваются нелинейные волны – пылевые звуковые солитоны и нелинейные периодические волны. Получены профили потенциала солитонов большой амплитуды и нелинейных периодических волн, получены зависимости амплитуды солитонов от высоты над поверхностью планеты и скорости солитонов.

dusty plasmaexosphere of Mercurynonlinear wavesdust acoustic solitonsпылевая плазмыэкзосфера Меркуриянелинейные волныпылевые звуковые солитоныBerg O.E., Richardson F.F., Burton H. // Apollo 17 preliminary science report. NASA Spec. Publ. 16-1–16-9. SP-330. 1973.Berg O.E., Wolf H., Rhee J. // Interplanetary Dust and Zodiacal Light / Eds H. Elsässer and H. Fechtig. New York: Springer, 1976. P. 233.Määttänen A., Listowski C., Montmessin F., Maltaglia-ti L., Reberac A., Joly L., Bertaux J.L. // Icarus. 2013. V. 223 (2). P. 892–941.Fedorova A.A., Montmessin F., Rodin A.V., Korablev O.I., Määttänen A., Maltagliati L., Bertaux J.L. // Icarus. 2014. V. 231. P. 239–260.Montmessin F., Bertaux J.L., Quémerais E., Korab-lev O., Rannou P., Forget F., Perriera S., Fussend D., Lebonnoisc S., Rébéraca A. // Icarus. 2006. V. 183 (2). P. 403.Montmessin F., Gondet B., Bibring J.P., Langevin Y., Drossart P., Forget F., Fouchet T. // Journal of Geophysical Research: Planets, 2007. V. 112 (E11).Извекова Ю.Н., Попель С.И. // Физика плазмы. 2017. Т. 43. № 12. С. 1010–1017.Голубь А.П., Попель С.И. // Письма в ЖЭТФ. 2021. Т. 113. № 7. С. 440–445.Голубь А.П., Попель С.И. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 8. С. 741–747.Zakharov A.V., Popel S.I., Kuznetsov I.A., Borisov N.D., Rosenfeld E.V., Skorov Yu., Zelenyi L.M. // Physics of Plasmas. 2022. V. 29. № 11. P. 110501Копнин С.И., Шохрин Д.В., Попель С.И. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. № 2. С. 163–167.https://solarsystem.nasa.gov/missions/mariner-10/in-depth/Solomon S.C., McNutt R.L., Gold R.E., Domingue D.L. // Space Sci. Rev. 2007. V. 131. P. 3.Exner W., Simon S., Heyner D., Motschmann U. // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2020. V. 125. № 7. P. e2019JA027691.Broadfoot A.L., Shemansky D.E., Kumar S. // Geophys. Res. Lett. 1976. V. 3. № 10. P. 577–580.Potter A., Morgan T. //Science. 1985. V. 229. № 4714. P. 651–653.Bida T.A., Killen R.M., Morgan T.H. // Nature. 2000. V. 404. № 6774. P. 159–161.Ness N.F., Behannon K.W., Lepping R.P., Whang Y.C. // J. Geophys. Res. 1975. V. 80. P. 2708.Alexeev I.I., Belenkaya E.S., Slavin J.A., Korth H., Anderson B.J., Baker D.N., Boardsen S.A., Johnson C.L., Purucker M.E., Sarantos M., Solomon S.C. // Icarus. 2010. V. 209. P. 23.Stanley S., Glatzmaier G.A. // Space Sci. Rev. 2010. V. 152. P. 617.Popel S.I., Golub’ A.P., Zelenyi L.M. // Physics of Plasmas. 2023. V. 30. № 4. 043701.Извекова Ю.Н., Попель С.И., Голубь А.П. Волновые процессы в пылевой плазме у поверхности Меркурия // Физика плазмы. 2023. Т. 49. № 7. С. 695–702.Попель С.И., Копнин С.И., Голубь А.П., Дольни-ков Г.Г., Захаров А.В., Зеленый Л.М., Извекова Ю.Н. // Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы. 2013. Т. 47 (6). С. 455–466.Popel S.I., Morfll G.E., Shukla P.K., and Thomas H. // Journal of Plasma Physics. 2013. V.79. Issue 06. P. 1071–1074.Popel S.I., Zelenyi L.M., Atamaniuk B. // Physics of Plasmas. 2015. V. 22. № 12. P. 123701.Лившиц Л.Д., Питаевский Л.П. Теоретическая физика. Т. 10. Физическая кинетика. М.: Физматлит, 2002. С. 182.Lu G., Liu Y., Wang Y., Stenflo L., Popel S.I., Yu M.Y. Fully nonlinear electrostatic waves in electron–positron plasmas // Journal of plasma physics. 2010. V. 76 (3–4). P. 267–275.Izvekova Yu.N., Morozova T.I., Popel S.I. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2018. V. 46. № 4. P. 731.Морозова Т.И., Копнин С.И., Попель С.И. Волновые процессы в пылевой плазме у поверхности Луны // Физика плазмы. 2015. Т. 41. № 10. С. 867–876.Попель С.И., Морозова Т.И. Волновые процессы при взаимодействии хвоста магнитосферы Земли с пылевой плазмой у поверхности Луны // Физика плазмы. 2017. Т. 43. № 5. С. 474–484.Popel S.I., Kassem A.I., Izvekova Yu.N., Zelenyi L.M. // Physics Letters A. 2020. V. 384. Issue 26. P. 126627.Копнин С.И., Попель С.И. // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47. Вып. 9. C. 29–32.Извекова Ю.Н., Попель С.И. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. № 11. С. 1061–1065.Hashimoto K. et al. Electrostatic solitary waves associated with magnetic anomalies and wake boundary of the Moon observed by KAGUYA // Geophysical Research Letters. 2010. T. 37. № 19.Matsumoto H. et al. Electrostatic solitary waves (ESW) in the magnetotail: BEN wave forms observed by GEOTAIL // Geophysical Research Letters. 1994. T. 21. № 25. C. 2915–2918.