Plasma Physics ReportsPlasma Physics ReportsФизика плазмы0367-29213034-6371The Russian Academy of Sciences66849110.31857/S0367292123600334VXTVVCSPACE PLASMAКОСМИЧЕСКАЯ ПЛАЗМАUnknownInteraction of Relativistic Electrons with Packets of the Electromagnetic Ion Cyclotron Waves of Finite Length and Low AmplitudeВзаимодействие релятивистских электронов с пакетами электромагнитных ионно-циклотронных волн конечной длительности и малой амплитудыGrachV. S.ГрачВ. С.vsgrach@ipfran.ruDemekhovA. G.ДемеховА. Г.vsgrach@ipfran.ruGaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of SciencesИнститут прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАНPolar Geophysical InstituteПолярный геофизический институт0107202349768369426022025Copyright ©; 2023, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2023, Российская академия наук2023Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0367-2921/article/view/668491

Interaction of relativistic electrons with packets of the electromagnetic ion cyclotron waves of finite length and low amplitude in the Earth’s radiation belts is analyzed. The variance of the equatorial pitch angle of electrons for wave packets located near the Earth’s geomagnetic equator is estimated analytically within the linear approximation. The analytical estimates agree with the results of numerical test-particle simulation. It is demonstrated that reduction in the packet length extends the interaction range to lower energies beyond the range of resonant energies. Such an interaction can result in precipitation of electrons with energies on the order of several hundred kiloelectronvolts into the ionosphere.

Рассматривается взаимодействие релятивистских электронов с пакетами электромагнитных ионно-циклотронных волн конечной длительности и малой амплитуды в радиационных поясах Земли. В рамках линейного приближения получены аналитические оценки дисперсии экваториального питч-угла электронов для волновых пакетов, расположенных вблизи геомагнитного экватора. Продемонстрировано согласие аналитических оценок с результатами численных расчетов методом пробных частиц. Показано, что уменьшение длительности пакета расширяет область взаимодействия в область малых энергий, находящихся за пределами диапазона резонансных значений. Подобное взаимодействие может приводить к высыпаниям в ионосферу электронов с энергиями порядка сотен килоэлектронвольт.

wave–particle interactionradiation beltsвзаимодействие волн и частицрадиационные поясаKennel C.F., Petschek H.E. // J. Geophys. Res. 1966. T. 71. C. 1. https://doi.org/10.1029/JZ071i001p00001Tverskoy B.A. // Rev. Geophys. Space Phys. 1969. V. 7. P. 219. https://doi.org/10.1029/RG007i001p00219Lyons L.R., Thorne R.M. // J. Geophys. Res. 1973. V. 78. P. 2142. https://doi.org/10.1029/JA078i013p02142Беспалов П.А., Трахтенгерц В.Ю. // Вопросы теории плазмы. Т. 10 / Ред. М.А. Леонтович. М.: Энергоатомиздат, 1980. С. 88.Trakhtengerts V.Y., Rycroft M.J. // J. Atmospheric Solar-Terrestrial Phys. 2000. T. 62. C. 1719. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(00)00122-XLi W., Hudson M.K. // J. Geophys. Res. (Space Phys.). 2019. T. 124. C. 8319. https://doi.org/10.1029/2018JA025940Thorne R.M., Kennel C.F. // J. Geophys. Res. 1971. V. 76. P. 4446. https://doi.org/10.1029/JA076i019p04446Millan R.M., Thorne R. // J. Atmospheric Solar-Terrestrial Phys. 2007. V. 69. P. 362. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2006.06.019Morley S.K., Friedel R.H.W., Cayton T.E., Noveroske E. // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. https://doi.org/10.1029/2010GL042772Engebretson M.J., Posch J.L., Wygant J.R., Klet-zing C.A., Lessard M.R., Huang C.-L., Spence H., Smith C.W., Singer H.J., Omura V., Horne R.B., Ree-ves 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. https://doi.org/10.1002/2015JA021227Summers D., Thorne R.M. // J. Geophys. Res. (Space Phys.). 2003. V. 108. P. 1143. https://doi.org/10.1029/2002JA009489Ukhorskiy A.Y., Shprits Y.Y., Anderson B.J., Takaha-shi K., Thorne R.M. // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. P. L09101. https://doi.org/10.1029/2010GL042906Ni B., Cao X., Zou Z., Zhou Ch., Gu X., Bortnik J., Zhang J., Fu S., Zhao Z., Shi R., Xie L. // J. Geophys. Res. Space Phys. 2015. V. 120. P. 7357. https://doi.org/10.1002/2015JA021466Hendry A.T., Rodger C.J., Clilverd M.A. // Geophys. Res. Lett. 2017. V. 44. P. 1210. https://doi.org/10.1002/2016GL071807Capannolo L., Li W., Ma Q., Chen L., Shen X., Spence H., Sample J., Johnson A., Shumko M., Klumpar D.M., Redmon R. // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46. P. 12711. https://doi.org/10.1029/2019GL084202An X., Artemyev A., Angelopoulos V., Zhang X., Moure-nas D., Bortnik J. // Phys. Rev. Lett. 2022. V. 129. P. 135101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.135101Chen L., Thorne R.M., Bortnik J., Zhang X.J. // J. Geophys. Res. Space Phys. 2016. V. 121. P. 9913. https://doi.org/10.1002/2016JA022813Kangas J., Guglielmi A., Pokhotelov O. // Space Sci. Rev. 1998. V. 83. P. 435.Demekhov A. // J. Atmospheric Solar-Terrestrial Phys. 2007. V. 69. P. 1609. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2007.01.014Engebretson M.J., Keiling A., Fornacon K.H., Cattell C.A., Johnson J.R., Posch J.L., Quick S.R., Glassmeier K.-H., Parks G.K., Reme H. // Planet. Space Sci. 2007. V. 55. P. 829. https://doi.org/10.1016/j.pss.2006.03.015Engebretson M.J., Posch J.L., Westerman A.M., Otto N.J., Slavin J.A., Le G., Strangeway R.J., Lessard M.R. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2008. V. 113. P. A07206. https://doi.org/10.1029/2008JA013145Pickett J.S., Grison B., Omura Y., Engebretson M.J., Dandouras I., Masson A., Adrian M.L., Santolik O., Décréau P.M.E., Cornilleau-Wehrlin N., Constantine-scu D. // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. P. L09104. https://doi.org/10.1029/2010GL042648Шкляр Д.Р. // Плазменная гелиогеофизика. T. II / Ред. Л.М. Зеленый, И.С. Веселовский. М.: Физматлит, 2008. С. 391.Albert J.M., Tao X., Bortnik J. // Geophys. Monograph Series. V. 199. Dynamics of the Earth’s Radiation Belts and Inner Magnetosphere / Eds. D. Summers, I.R. Mann, D.N. Baker, M. Schulz. Washington, D.C.: American Geophysical Union, 2012. P. 255. https://doi.org/10.1029/2012gm001324.Albert J.M., Bortnik J. // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. P. L12110. https://doi.org/10.1029/2009GL038904Грач В.С., Демехов А.Г. // Изв. вузов. Радиофизика. 2017. Т. 60. С. 1052.Hobara Y., Trakhtengerts V.Y., Demekhov A.G., Hayakawa M. // J. Geophys. Res. Space Phys. 1998. V. 103. P. 20449. https://doi.org/10.1029/98JA01746Pasmanik D.L., Demekhov A.G., Nunn D., Trakhtengerts V.Y. Rycroft M.J. // J. Geophys. Res. Space Phys. 2002. V. 107. P. 1162. https://doi.org/10.1029/2001JA000256Grach V.S., Artemyev A.V., Demekhov A.G., Xiao-Jia Z., Bortnik J., Angelopoulos V., Nakamura R., Tsai E., Wilkins C., Owen R. // Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49. P. e99994. https://doi.org/10.1029/2022GL099994Angelopoulos V., Tsai E., Bingley L., Shaffer C., Tur-ner D.L., Runov A., Li W., Liu J., Artemyev A.V., Zhang X.-J. et al. // Space Sci. Rev. 2020. V. 216. P. 103. https://doi.org/10.1007/s11214-020-00721-7Burch J.L., Moore T.E., Torbert R.B., Giles B.L. // Space Sci. Rev. 2016. V. 199. P. 5. https://doi.org/10.1007/s11214-015-0164-9Пильгаев С.В., Ларченко А.В., Федоренко Ю.В., Филатов М.В., Никитенко А.С. // Приборы и техника эксперимента. 2021. Т. 64. С. 115. https://doi.org/10.31857/S0032816221040248Grach V.S., Demekhov A.G., Larchenko A.V. // Earth, Planets Space. 2021. V. 73. P. 129. https://doi.org/10.1186/s40623-021-01453-w