ИСТИНА

При выполнении проекта была разработана универсальная версия параболоидной модели магнитосферы, которая после соответствующего масштабирования может быть использована для моделирования взаимодействия солнечного ветра с магнитосферами четырех планет Солнечной системы: Меркурия, Земли, Юпитера и Сатурна. Для уточнения параметров развитых моделей было проведено сравнение модельных предсказаний с измерениями магнтного поля, проведенного космическими аппаратами: MESSENGER (Меркурий), Cluster и THEMIS (Земля), Cassini (Сатурн). При определении влияния солнечного ветра на параметры магнитосферы в случае Земли были использованы данные по солнечному ветру и межпланетному магнитному полю (OMNI 2). Данные космических миссий были получены с использованием сервиса Европейской базы спутниковых данных AMDA (Тулуза, Франция). Была проведена привязка магнитных измерений к координатам спутника, к данным о параметрах солнечного ветра (когда это было доступно) и к геомагнитным индексам. Была разработана версия модели, в которой магнитопауза аппроксимируется параболоидом вращения с двумя параметрами – расстоянием до подсолнечной точки и радиусом магнитопаузы в плоскости терминатора (плоскости X=0 солнечно-магнитосферной системы координат). Для планетарных магнитосфер был отработан алгоритм одновременного определения поля внутренних планетарных источников и определение оптимальных параметров магнитосферных токовых систем. Был использован метод смещенного относительно центра планеты планетарного диполя.. Усовершенствованная модель магнитосферного магнитного поля, адаптированная для магнитосферы Сатурна, была использована для проектирования основных токовых систем – кольцевого тока и токового слоя хвоста, из экваториальной плоскости магнитосферы Сатурна на ионосферу. Для определения входных параметров модели использовались измерения магнитного поля солнечного ветра вблизи дневной головной ударной волны, полученные на космическом аппарате Кассини. В то же время были получены на космическом телескопе Хаббл снимки полярных сияний, границы которых проектировались в магнитосферу. Это позволило определить, что приполярная граница южного дневного овала расположена вблизи ионосферной границы между открытыми и замкнутыми силовыми линиями, а приэкваториальная граница южного дневного овала расположена вблизи ионосферной проекции внешней границы кольцевого тока. Сделаны оценки энерговыделения в полярной ионосфере, полученные в параболоидной модели для магнитосфер Земли, Юпитера и Сатурна. Были получены масштабные соотношения для характерных размеров магнитосферы, для разности потенциалов МГД генератора, возникающей при обтекании магнитосферы солнечным ветром, для разности потенциалов униполярного генератора при уменьшении угловой скорости вращения магнитосферной плазмой относительно твердотельного вращения вместе с планетой, для силы продольных токов и размеров полярной шапки. Сопоставление энерговыделения в магнитосферах Земли, Юпитера, и Сатурна, дипольные моменты которых отличаются на пять порядков, позволяет сформулировать законы подобия для Джоулевого разогрева полярной ионосферы. Педерсеновскую проводимость авроральной зоны ионосферы Юпитера мы оцениваем в 0.4 Сименс. Полная сила тока, вытекающих на широте главного аврорального овала продольных токов, достигает 75 МА, а разность потенциалов униполярного генератора равна 187 МВ при замедлении вращения магнитосферной плазмы в два раза. При этом было получено, что Джуолев разогрев авроральной ионосферы Юпитера может достигать 14 ПВт. В ходе выполнения проекта был рассмотрен возможный вклад подобных процессов в глобальную динамику планетарной атмосферы. Была протестирована точность предсказаний параболоидной модели для Меркурия и определены средние параметры магнитосферных токовых систем. При этом при максимальной амплитуде измеренного поля около 500 нТ, средне квадратичное отклонение не превышает 20 нТ (менее 4%). В целом полученные результаты подтвердили определенные нами ранее параметры магнитосферы Меркурия. И найденное ранее смещения диполя от центра планеты примерно на 450 км к северу. Сопоставление модельных предсказаний с данными магнитометра для магнитосферы Сатурна, которые были сделаны для одной из характерных орбит (60-ой орбиты) Cassini дали величину невязки около 7 нТ (менее 2% от максимально измеренного поля) и позволили четко идентифицировать пересечения космическим аппаратом зоны продольных токов. Для земной магнитосферы на основе данных THEMIS были выделены случаи сильного усиления токового слоя в хвосте магнитосферы на фоне исключительно спокойных условий в солнечном ветре. Использование модели дало возможность получить простраственный профиль тока в токовом слое хвоста магнитосферы.

Все поставленные задачи разработчики проекта выполнили. Была повышена прогностическая надежность параболоидной модели магнитосферы Земли. Разработана универсальная модель магнитосферного магнитного поля для четырех планет Солнечной системы с сильным планетарным магнитным полем. Она позволяет по имеющимся измерениям магнитного поля вдоль траектории КА, пролетающего через магнитосферу планеты, восстановить параметры глобальных токовых систем, формирующих магнитное поле в магнитосфере планеты. Проведено сравнение предсказаний модели с новыми данными космических проектов Cluster, THEMIS, MESSENGER и Cassini. При этом обработку данных магнитометров, установленных на космических аппаратах участники проекта проводили с использованием возможностей европейского центра планетарных данных AMDA (Тулуза, Франция). Сопоставление модельных расчетов с прямыми измерениями магнитного поля в окрестности нескольких планет Солнечной системы, дают возможность исследовать общие закономерности динамики и структуры магнитосферных токовых систем. В качестве главного инструмента сравнительного анализа магнитосфер была использована универсальная параболоидная модель магнитосферы. С ее помощью были получены масштабные соотношения для ключевых параметров магнитосферно-ионосферного взаимодействия. Отталкиваясь от построенных версий модели для Земли, Юпитера и Сатурна, были произведены оценки эффективности различных каналов поступления энергии солнечного ветра в магнитосферу и верхнюю атмосферу. Были рассмотрены дополнительные источники энергии внутри магнитосферы. Обнаружено существенное различие относительной роли магнитосферно – ионосферного взаимодействия в энергетическом балансе верхней атмосферы Юпитера, Сатурна и Земли. Гигантский размер магнитосферы Юпитера, которая в сто раз превосходит поперечник планеты, и наличие в ней экваториального плазменного диска, трансформирующего энергию вращения планеты в джоулев разогрев полярной ионосферы, делают вклад магнитосферных процессов ключевым фактором динамики термосферы Юпитера. Для Сатурна относительная роль этих факторов меньше, а для Земли электродинамические процессы дают малый вклад по сравнению с солнечным излучением. Тем не менее, и для Земли магнитосферно-ионосферное взаимодействие становится существенными в ночной стороне и во время мощных магнитосферных возмущений, когда поток энергии солнечного ветра внутрь магнитосферы возрастает на несколько порядков величины.