Definition of lifetime due to wave-particle interactions for the pitch angle of 90 degrees
[Определение времени жизни вследствие взаимодействий волна-частица для питч-угла 90 градусов]
Sergei V. Smolin Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russian Federation
Аннотация:
Одной из очень важных, но еще недостаточно исследованных задач в теоретической физике магнитосферы Земли является определение времени жизни заряженных частиц вследствие взаимодействий волна-частица. Поэтому для питч-угла
$90$ градусов как математическая модель предлагается обыкновенное дифференциальное уравнение (ОДУ) для аналитического описания перпендикулярного дифференциального потока заряженных частиц в магнитосфере Земли, которое зависит от времени и нескольких параметров. Используя аналитическое решение ОДУ, получена новая простая формула для определения времени жизни вследствие взаимодействий волна-частица для питч-угла
$90$ градусов для разных геофизических условий. Для расчета по этой формуле используется коррелированное наблюдение усиленных электромагнитных ионно-циклотронных волн и динамической эволюции потока энергичных (
$5$–
$30$ кэВ) протонов кольцевого тока, собранное спутником Cluster около положения
$L = 4.5$ в течение 26–27 марта 2003 г. в магнитоспокойный период (
$Dst>-10$ nT). В дополнение найдены перпендикулярные коэффициенты функции потерь частиц, функции источника частиц и питч-угловой диффузии. Впервые получены модельные зависимости времени жизни вследствие взаимодействий волна-частица для питч-угла
$90$ градусов от местного времени
$\mathrm{LT}$ и
$Kp$-индекса геомагнитной активности. Предложена математическая постановка задачи в общем виде (система двух ОДУ первого порядка с двумя граничными условиями), когда параметры зависят от времени, которая позволяет определять время жизни вследствие взаимодействий волна-частица для питч-угла
$90$ градусов численно.
Ключевые слова:
магнитосфера Земли, питч-угловая диффузия, данные спутника Cluster, время жизни вследствие взаимодействий волна-частица.
УДК:
533.951; 550.385
Получена: 30.12.2022
Исправленный вариант: 15.01.2023
Принята: 03.03.2023
Язык публикации: английский