Ring current proton dynamics driven by wave-particle interactions during a nonstorm period

Моделирование питч-углового рассеяния протонов кольцевого тока при взаимодействии с электромагнитными ионно-циклотронными (ЭМИЦ) волнами во время магнитоспокойного периода было рассмотрено очень редко. Поэтому используется коррелированное наблюдение усиленных электромагнитных ионно-циклотронных волн и динамической эволюции потока протонов кольцевого тока, собранное спутником Cluster около положения $L = 4.5$ $26$–$27$ марта $2003$ г. в магнитоспокойный период ($Dst > -10$ нТл). Потоки энергичных ($5$–$30$ кэВ) протонов спадают быстро (например, за полчаса) для маленьких питч-углов, соответствуя активностям интенсивных ЭМИЦ-вXолн. Как математическая модель используется нестационарное одномерное уравнение питч-угловой диффузии, которое позволяет численно вычислять плотность фазового пространства или питч-угловое распределение заряженных частиц в магнитосфере Земли. Модель зависит от времени $t$, локального питч-угла и нескольких параметров (массы частицы, энергии, параметра МакИлвейна, магнитного местного времени или геомагнитной восточной долготы, индекса геомагнитной активности, показателя питч-углового распределения заряженных частиц, взятого для питч-угла $90$ градусов при $t = 0$, времени жизни вследствие взаимодействий волна–частица). Эта модель позволяет также численно оценивать для разных геофизических условий время жизни вследствие взаимодействий волна–частица. Показано, что ЭМИЦ-волны могут производить уменьшения в потоке протонов за $30$ минут, согласованные с данными наблюдений. Получено хорошее согласие. Проведено сравнение результатов по полной модели для области питч-углов от $0$ до $180$ градусов и по модели для питч-угла $90$ градусов. Получено для перпендикулярного дифференциального потока протонов кольцевого тока Земли очень хорошее согласие с максимальной относительной ошибкой приблизительно $3.23 \%$.