Анотація до роботи:

Войцеховська А.Д. Трансформація та нелінійна взаємодія хвиль в сонячній атмосфері та в космічній плазмі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.03 – Геліофізика і фізика Сонячної системи. – Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ, 2003.

Дисертація присвячена дослідженню трансформації та нелінійної взаємодії хвиль в сонячній атмосфері та в магнітосфері Землі. З врахуванням кінетичних ефектів в динаміці альвенівських хвиль отримано ряд нових нелінійних механізмів трансформації великомасштабних МГД хвиль в дисипативну короткохвильову область, де МГД турбулентність існує в якості кінетичних альвенівських хвиль. Виявлено, що врахування кінетичних ефектів в альвенівських хвилях суттєво впливає на процеси трансформації та нелінійної взаємодії МГД хвиль як між собою, так і з іншими типами хвиль.

На основі дворідинної магнітної гідродинаміки розглянуто нелінійні механізми генерації кінетичних альвенівських хвиль, інерційних альвенівських хвиль, альвенівських хвиль стиснення, електронно-звукових та нижньогібридних хвиль.

Як додаток до отриманих теоретичних результатів розглянуто атмосферу Сонця та магнітосферу Землі. Отримані оцінки показують, що розглянуті нелінійні процеси є ефективними як на Сонці, так і в магнітосфері Землі, де плазмовий параметр b менше одиниці.

В дисертаційній роботі проведене теоретичне дослідження трансформації великомасштабних МГД хвиль в короткохвильову дисипативну область в атмосфері Сонця та магнітосфері Землі. В результаті проведених досліджень були отримані нові механізми передачі енергії від класичних МГД хвиль у кінетичні альвенівські хвилі. Розглянуто механізми генерації інерційних альвенівських хвиль, нижньогібридних та електронно-звукових хвиль в космічних умовах.

1. Запропоновані нові нелінійні механізми трансформації МГД альвенівських хвиль в кінетичні альвенівські хвилі. Як механізми трансформації розглянуто параметричну нестійкість, де хвилею накачки є магнітогідродинамічна альвенівська хвиля, що у першому випадку розпадається на дві кінетичні альвенівські хвилі, а в другому – на магнітозвукову і кінетичну альвенівську хвилі. Знайдені нелінійні рівняння, що описують нелінійну взаємодію хвиль і рішення цих рівнянь. При отриманні дисперсійних рівнянь були враховані теплові ефекти в динаміці альвенівських хвиль. Отримані коефіцієнти зв‘язку пропорційні кінетичній добавці в дисперсійному рівнянні для альвенівських хвиль. Таким чином, розглянуті розпадні процеси можливі тільки при врахуванні скінченності ларморівського радіуса протонів у дисперсійному рівнянні для альвенівських хвиль. Розрахунки показують, що розглянуті нелінійні процеси є ефективними для сонячної корони та магнітосфери Землі, де плазмовий параметр b менше одиниці.

2. Запропоновано новий механізм трансформації магнітозвукових хвиль у кінетичні альвенівські хвилі. На основі дворідинної магнітної гідродинаміки отримано нелінійне дисперсійне рівняння, що описує трихвильову взаємодію. Показано, що в замагніченій плазмі з малим плазмовим параметром b можливий розпад магнітозвукової хвилі й збудження кінетичних альвенівських хвиль. При цьому зв'язок між хвилями визначається доданками в дисперсійному рівнянні для альвенівських хвиль, що враховують кінетичні ефекти. Наявність зв'язку між хвилями приводить до розвитку параметричної нестійкості й перекачування енергії від магнітозвукової хвилі до кінетичних альвенівських хвиль. Отримані оцінки для інкременту та часу розвитку нестійкості показують, що розглянутий нелінійний процес є ефективним для магнітосферної та корональної плазми, де b<<1.

3. На основі дворідинної магнітної гідродинаміки розглянута нелінійна взаємодія магнітогідродинамічних хвиль у сонячній короні. Хвилею накачки є альвенівська хвиля зсуву, яка розпадається на магнітозвукову й іонно-звукову хвилю. Знайдено дисперсійне рівняння, що описує трихвильову взаємодію, інкремент і час розвитку нестійкості. Отримані оцінки для інкременту розвитку нестійкості показують, що розглянутий нелінійний процес може мати місце в сонячній короні, де плазмовий параметр b<<1.

4. Запропоновано нелінійний механізм генерації інерційних альвенівських хвиль у магнітосфері Землі. Як механізм генерації розглянуто параметричну нестійкість, де хвилею накачки є вістлер (свистячий атмосферик). На основі дворідинної магнітної гідродинаміки отримано нелінійне дисперсійне рівняння, що описує нелінійну взаємодію хвиль. Знайдені коефіцієнти зв‘язку виявилися пропорційними електронній інерційній довжині, що вказує на те, що розглянутий процес можливий тільки при врахуванні скінченності маси електронів в динаміці альвенівських хвиль. Отримані оцінки для інкременту та часу розвитку нестійкості показують, що даний процес є ефективним для магнітосферної плазми. Теоретичні результати узгоджуються з даними спостережень супутника FREJA.

5. Вивчено зв‘язок вістлерів із нижньогібридними хвилями. На основі дворідинної магнітної гідродинаміки отримані нелінійно дисперсійне рівняння, яке описує трансформацію вістлера в нижньогібридні та іонно-звукові хвилі. Як додаток до отриманих теоретичних результатів розглянуто магнітосферу Землі. Отримані оцінки для інкременту та часу розвитку нестійкості показують, що розглянутий нелінійний процес може розвинутися в магнітосферній плазмі. Результати теорії узгоджуються з даними супутникових спостережень, які вказують на існування такого зв‘язку.

Таким чином, завдяки врахуванню теплових ефектів та інерції електронів в динаміці альвенівських хвиль нами отримані нові механізми трансформації великомасштабних альвенівських хвиль у дисипативну короткохвильову область, де МГД турбулентність існує як кінетичні альвенівські хвилі.