ОГЛАВЛЕНИЕ

Том I

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Глава 1. Солнце. Общие сведения (Под ред. А.Б. Струминского, М.А. Лифшица) 14

Введение к главам 1 и 2 (М.А. Лившиц, А.В. Степанов) . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.1. Солнце как звезда (М.А. Лившиц). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.2. Внутреннее строение Солнца (Ю.Д.Жугжда, А.Б. Струминский) . . . . . . . 18

1.2.1. Внутреннее строение Солнца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.2.2. Источник энергии Солнца и нейтринная астрономия . . . . . . . . . . . . . . 21

1.2.3. Гелиосейсмология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.3. Структура и излучение солнечной атмосферы (М.А. Лившиц) . . . . . . . . . . 32

1.3.1. Фотосфера и явления в ней . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1.3.2. Хромосфера. Переходная область между хромосферой и короной . . . . . 34

1.3.3. Корона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

1.4.Магнитные поля и индексы активности (В.Н. Обридко) . . . . . . . . . . . . . . 41

1.4.1. Тонкая структура магнитных полей на Солнце . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

1.4.2. Крупномасштабные магнитные поля и их глобальная структура . . . . . . 44

1.4.3. Солнечные циклы и индексы активности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

1.4.4. Локальные магнитные поля и активные области . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

1.5. Солнечные вспышки: результаты наблюдений и газодинамические процессы

(М.А. Лившиц). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

1.5.1. Общие сведения о наблюдениях в различных диапазонах и сценарий

вспышек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

1.5.2. Жесткие рентгеновские всплески на Солнце и отклик хромосферы на

импульсный нагрев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

1.5.3. Длительные вспышки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

1.6. Корональные выбросы массы (В. Д. Кузнецов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

1.6.1. Наблюдения и морфология СМЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

1.6.2. Связь СМЕ с другими видами активности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

1.6.3. Модели СМЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

1.7. Эруптивные протуберанцы (Б. П. Филиппов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

1.8. Современные наземные и космические методы исследования короны (О. Г. Ба-

далян, С. В. Кузин, С. А. Богачев, И. А. Житник, В. М. Богод) . . . . . . . . 107

1.8.1. Наблюдения короны в оптическом диапазоне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

1.8.2. Современные космические методы исследования короны в коротковолно-

вой области спектра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

1.8.3. Радиоастрономический метод исследования солнечной короны . . . . . . . 115

1.9. Высокоэнергичное нейтральное излучение Солнца (А. Б. Струминский) . . . 123

Приложение 1. Исследование вспышек и других эруптивных процессов в солнеч-

ной атмосфере по данным эксперимента СПИРИТ (С.А. Богачев, С.В. Ку-

зин, В.А. Слемзин, А.М. Урнов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

1.1. Основы метода изображающей спектроскопии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

1.2. Диагностика процессов в горячей плазме по ВУФ и рентгеновскому излу-

чению . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

1.3. Источники мягкого рентгеновского излучения в солнечной короне . . . . . 151

1.4. Динамика эруптивных процессов в переходном слое и нижней короне

Солнца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

Глава 2. Физика плазмы атмосферы Солнца (Под ред. А.В. Степанова,

А. Б. Струминского) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

2.1. Параметры плазмы и магнитного поля в атмосфере Солнца (А. В. Степанов) 160

2.2. Структурные элементы солнечной короны (А. М. Садовский) . . . . . . . . . . . 163

2.2.1. Простая модель петли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

2.2.2. Функция нагрева и устойчивость петли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

2.2.3. Законы подобия петли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

2.2.4. Развитие гидростатических моделей петли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

2.2.5. Модели нагрева корональной плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

2.2.6. Баланс энергии в петле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

2.2.7. Неустойчивости в корональных петлях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

2.3.Магнитные арки — фундаментальная структура короны (В.В. Зайцев,

А.В. Степанов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

2.3.1. Арка — эквивалентный электрический (RLC)-контур . . . . . . . . . . . . . 184

2.3.2. Корональная арка — резонатор для МГД-волн . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

2.3.3. Корональная арка — магнитная ловушка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

2.4. Волны и кинетические неустойчивости в короне Солнца (Е.Я. Злотник) . . . 205

2.4.1. Электромагнитные волны в плазме солнечной короны . . . . . . . . . . . . . 206

2.4.2. Неустойчивости в корональной плазме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

2.5. МГД-волны на Солнце (Ю.Д.Жугжда) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

2.5.1. Волны в магнитных трубках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

2.5.2. Волны в солнечных пятнах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

2.6. Локальная гелиосейсмология (Ю.А. Наговицын, А.А. Соловьёв). . . . . . . . . 225

2.7. Основные модели вспышек (А.В. Степанов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

2.7.1. Модели одиночных вспышечных петель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

2.7.2. Модели взаимодействующих петель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

2.8. Ускорение заряженных частиц во вспышках и особенности их распростране-

ния (В.В. Зайцев, А.В. Степанов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

2.8.1. Данные наблюдений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

2.8.2. Механизмы ускорения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

2.8.3. Область ускорения: хромосфера или корона? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

2.8.4. Потоки ускоренных электронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

2.8.5. Импульсный и пульсирующий режимы ускорения . . . . . . . . . . . . . . . 240

2.8.6. Ток ускоренных электронов. Парадокс Колгейта . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

2.8.7. Турбулентный режим распространения энергичных частиц . . . . . . . . . . 242

2.9.Механизмы нагрева короны (В.В. Зайцев) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

2.9.1. Нагрев плазмы вблизи солнечных пятен . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

2.9.2. Основные уравнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

2.9.3. Функция нагрева для корональной плазмы. Роль гелия . . . . . . . . . . . . 248

2.9.4. Функция нагрева для корональныха рок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

2.9.5. Диссипация магнитного поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

2.9.6. Желобковая неустойчивость и филаментация магнитных петель . . . . . . 251

2.10. Солнечно-звездная физика (М.М. Кацова, М.А. Лившиц) . . . . . . . . . . . . . 253

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

2.10.1. Место солнечной активности среди процессов на звездах. . . . . . . . . . 255

2.10.2. Звездные короны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

2.10.3. Вспышки на активных звездах поздних спектральных классов . . . . . . 263

Глава 3. Гелиосфера (Под ред. И.С. Веселовского, Ю.И. Ермолаева) . . . . . . . . . . 269

3.1. Введение (И.С. Веселовский, Ю.И. Ермолаев) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

3.2. Солнечный ветер и внутренняя гелиосфера. Источники солнечного ветра

в короне (И.В. Чашей). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

3.2.1. Типичные параметры плазмы солнечного ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

3.2.2. О теоретических моделях солнечного ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

3.2.3. Самосогласованная модель короны и солнечного ветра с волновыми ис-

точниками импульса и тепла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

3.2.4. Корональные источники солнечного ветра, быстрый и медленный ветер 278

3.3. МГД-моделирование крупномасштабной структуры солнечного ветра и меж-

планетного магнитного поля (Ю.В. Писанко). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

Оглавление 5

3.3.1. Как устроена внутренняя гелиосфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

3.3.2. Уравнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285

3.3.3. Сверхзвуковой сверхальвеновский ветер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

3.3.4. Полярный солнечный ветер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

3.3.5. Корона вблизи плоскости эклиптики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

3.3.6. Глобальные модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

3.3.7. Переполюсовка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

3.4. Ионные составляющие солнечного ветра (И.С. Веселовский, Ю.И. Ермолаев) 313

3.4.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

3.4.2. Химический состав солнечной короны и солнечного ветра . . . . . . . . . . 316

3.4.3. Ионизационно-рекомбинационные процессы в солнечной короне и иони-

зационная температура солнечного ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

3.4.4. Функции распределения ионов по скоростям и их первые моменты: плот-

ность, массовая скорость и температура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

3.4.5. Некоторые модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

3.5.Мелкомасштабные и нестационарные процессы: турбулентность и волны

(Г.Н . Застенкер, И.В. Чашей) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

3.5.1. Турбулентность солнечного ветра по данным локальных измерений . . . . 328

3.5.2. Турбулентность солнечного ветра по данным радиопросвечивания . . . . . 337

3.5.3. МГД-волны и турбулентность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341

3.6. Энергичные частицы и космические лучи: галактические, гелиосферные

и солнечные космические лучи (Г.А. Базилевская, Ю.И. Стожков) . . . . . 345

3.6.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

3.6.2. Основные характеристики галактических космических лучей (ГКЛ) . . . 345

3.6.3. Методы наблюдений ГКЛ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

3.6.4. Модуляционные эффекты ГКЛ (11- и 22-летний циклы, 27-дневные и су-

точные вариации, форбуш-понижения) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

3.6.5. Аномальная компонента космических лучей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349

3.6.6. Космические лучи и атмосферные процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351

3.6.7. Основные характеристики солнечных космических лучей (СКЛ) . . . . . . 352

3.6.8. О происхождении СКЛ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354

3.6.9. СКЛ в межпланетной среде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356

3.6.10. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

3.7. Структура и свойства внешней гелиосферы (В. В. Измоденов) . . . . . . . . . . 358

3.7.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358

3.7.2. Обзор подходов для описания различных компонент . . . . . . . . . . . . . . 359

3.7.3. Обзор современных моделей гелиосферного интерфейса . . . . . . . . . . . . 363

3.7.4. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

Глава 4. Магнитосфера Земли (Под ред. В.Ю. Трахтенгерца , А.Г. Демехова) . . 377

4.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

4.2. Взаимодействие солнечного ветра с внешней магнитосферой Земли

(О.Л. Вайсберг, В. Н. Смирнов, Г. Н .Застенкер, С. П. Савин,М. И. Вери-

гин) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

4.2.1. Околоземная ударная волна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

4.2.2. Магнитослой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389

4.2.3. Магнитопауза и пограничные слои магнитосферы . . . . . . . . . . . . . . . . 398

4.2.4. Аналитические представления формы фронта околопланетных ударных

волн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

4.3.Магнитное поле и основные токовые системы магнитосферы (И.И. Алексеев,

В.В. Калегаев) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422

4.3.1. Основные токовые системы в магнитосфере Земли . . . . . . . . . . . . . . . 422

4.3.2. Модели геомагнитного поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

4.3.3. Магнитосферные токовые системы во время магнитных бурь . . . . . . . . 430

4.4. Структура и динамика «хвоста» магнитосферы (Х. В. Малова, Л. М. Зелёный) 434

6 Оглавление

4.4.1. Структура и динамика магнитосферного хвоста . . . . . . . . . . . . . . . . . 434

4.4.2. Тонкие токовые слои в магнитосфере Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442

4.4.3. Плазменные неустойчивости токовых слоев в бесстолкновительной

плазме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460

4.4.4. Магнитосферная суббуря: основные проявления и возможные механизмы 465

4.5. Внутренняя магнитосфера (Г.А.Котова, А.С.Леонович, В.А.Мазур, А.С.Ко-

втюх, М.И. Панасюк, В.Ю. Трахтенгерц , А.Г.Демехов) . . . . . . . . . . . 484

4.5.1. Плазмосфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484

4.5.2. Волновые явления во внутренней магнитосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . 496

4.5.3. Радиационные пояса Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510

4.5.4. Буревой кольцевой ток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534

4.5.5. Магнитосферные циклотронные мазеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552

4.6. Ионосферно-магнитосферное воздействие и физика авроральных явлений

(Б.В. Козелов, В.А. Пилипенко, В.Ю. Трахтенгерц ) . . . . . . . . . . . . . . 569

4.6.1. Полярные сияния — отражение процессов в магнитосферно-ионосферной

системе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569

4.6.2. Импульсные и волновые возмущения в ночной магнитосфере . . . . . . . . 576

4.6.3. Турбулентный альвеновский погранслой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583

Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587

Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665

Оглавление 7

Том II

Глава 5. Магнитосферы планет и взаимодействие солнечного ветра с малыми

и немагнитными телами Солнечной системы (Под ред. А.А. Скальского) 11

5.1. Взаимодействие комет с солнечным ветром (М.И. Веригин) . . . . . . . . . . . . 12

5.1.1. Обзор физических процессов в окрестности комет . . . . . . . . . . . . . . . 12

5.1.2. Ускорение кометных ионов в солнечном ветре . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5.1.3. Пространственное распределение нейтрального газа. . . . . . . . . . . . . . 22

5.1.4. Торможение солнечного ветра до ударной волны . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.1.5. Околокометная ударная волна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.1.6. Кометошит . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

5.1.7. Кометопауза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5.1.8. Oбласть кометной плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

5.1.9. Контактная поверхность и ионосфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5.2. Взаимодействие солнечного ветра с Венерой и Марсом (М.И. Веригин,

А.А. Скальский) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.2.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.2.2. Прямое воздействие солнечного ветра на ионосферу Венеры, наведенная

магнитосфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

5.2.3. Область форшока, околопланетная ударная волна и магнитослой . . . . . 53

5.2.4. Ионопауза и магнитный барьер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.2.5. Магнитные жгуты в ионосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

5.2.6. Магнитный хвост Венеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

5.2.7. Особенности взаимодействия Марса с солнечным ветром . . . . . . . . . . 57

5.3.Магнитосфера Меркурия (А.А. Скальский). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

5.4.Магнитосфера Юпитера (И.И. Алексеев, Е.С. Беленькая) . . . . . . . . . . . . . 61

5.4.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

5.4.2. Модели юпитерианской магнитосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5.4.3. Параболоидная модель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5.4.4. Некоторые особенности коллективных процессов в магнитосфере быстро-

вращающегося Юпитера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

5.5.Магнитное окружение Луны (А.М. Садовский) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5.5.1. Магнетизм Луны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

5.5.2. Взаимодействие Луны с солнечным ветром и магнитосферой Земли . . . 87

Глава 6. Ионосфера Земли (М.Г. Дёминов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

6.1. Уравнения переноса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

6.1.1. Нейтральная составляющая атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

6.1.2. Концентрация электронов и ионов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

6.1.3. Температура электронов и ионов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

6.1.4. Электрические поля и токи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

6.2. Ионизационно-рекомбинационные процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

6.3. Средние широты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

6.3.1. Невозмущенные условия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

6.3.2. Внезапное ионосферное возмущение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

6.3.3. Суббуря . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

6.3.4. Буря . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

6.4. Низкие широты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

6.4.1. Экваториальная аномалия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

6.4.2. Экваториальные пузыри . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

6.4.3. Сверхохлаждение электронов и ионов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

6.4.4. Возмущенные условия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

6.5. Высокие широты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

6.5.1. Конвекция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

6.5.2. Авроральная область . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

6.5.3. Субавроральная область . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

8 Оглавление

Глава 7. Ионосферы планет (Н.А. Арманд, Т.К. Бреус) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

7.1. Ионосфера Марса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

7.2. Ионосфера Венеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

Глава 8. Солнечно-земные связи и космическая погода (Под ред. А.А. Петруко-

вича) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

8.1. Введение (А.А. Петрукович) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

8.2. Система солнечно-земных связей (А.А. Петрукович, А.В. Дмитриев,

А.Б. Струминский). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

8.2.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

8.2.2. Солнечное магнитное поле и солнечная активность . . . . . . . . . . . . . . 176

8.2.3. Излучение Солнца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

8.2.4. Магнитосфера Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

8.2.5. Ионосфера и атмосфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

8.3. Эффекты космической погоды (А.А. Петрукович, Т.К. Бреус, М.Г. Дёминов,

А.В.Дмитриев, А.А.Криволуцкий, В.М.Петров, С.А.Пулинец, О.М. Рас-

попов, Ю.А. Наговицын, Л.Д. Трищенко, О.А. Трошичев) . . . . . . . . . . . 192

8.3.1. Космическая радиация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

8.3.2. Ионосфера и распространение радиоволн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

8.3.3. Изменение орбит спутников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

8.3.4. Геомагнитные возмущения и системы энергоснабжения и проводной связи 213

8.3.5. Воздействие солнечной активности на атмосферные процессы и климат 219

8.3.6. Гелиобиология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

8.4. Прогноз гелиогеофизической обстановки (А.А. Петрукович, А.В. Белов,

В.Н. Обридко) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

8.4.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

8.4.2. История и сегодняшний день прогноза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

8.4.3. Прогнозирование солнечной активности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

8.4.4. Прогноз геомагнитной активности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

8.4.5. Геомагнитный прогноз по солнечному ветру . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

8.4.6. Прогноз СКЛ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

8.4.7. Перспективные методики прогноза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

8.4.8. Достоверность прогноза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

8.4.9. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

8.5. Заключение (А.А. Петрукович). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

8.6. Приложение. Ресурсы сети Интернет по солнечно-земной физике (А.А. Пет-

рукович, А.Н. Зайцев) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

Глава 9. Лабораторное моделирование, некоторые методы измерения и активные

эксперименты (Под ред. А.Г. Франк). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

9.1. Лабораторное моделирование: эволюция и динамика токовых слоев в плазме

как основа вспышечных явлений (А.Г. Франк) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

9.1.1. О лабораторном моделировании астрофизических явлений . . . . . . . . . . 259

9.1.2. Токовые слои и процессы магнитного пересоединения . . . . . . . . . . . . . 261

9.1.3. Ранние эксперименты: токовые слои в 2D магнитных конфигурациях . . 262

9.1.4. Необходимость перехода к 3D магнитным конфигурациям . . . . . . . . . . 265

9.1.5. Токовые слои в 3D магнитных конфигурациях с нулевыми точками . . . . 266

9.1.6. Токовые слои в 3D магнитных конфигурациях с X линиями . . . . . . . . . 268

9.1.7. Основные проявления вспышечных процессов в токовых слоях . . . . . . . 272

9.1.8. Сопоставление лабораторных экспериментов по динамике токовых слоев

и астрофизических явлений вспышечного типа . . . . . . . . . . . . . . . 273

9.2. Лабораторное моделирование распространения низкочастотных волн в около-

земной плазме (А.В. Костров, М.Е. Гущин, С.В. Коробков, А.В. Стриков-

ский) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

9.2.1. Условия моделирования волновых явлений в лабораторной плазме: пара-

метры подобия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

Оглавление 9

9.2.2. Общая характеристика волн свистового диапазона частот . . . . . . . . . . 277

9.2.3. Проблемы лабораторного моделирования низкочастотных волновых про-

цессов в околоземной плазме и требования, предъявляемые к плазмен-

ным установкам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

9.2.4. Описание экспериментальной установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

9.2.5. Исследование распространения свистовых волн в неоднородных плазмен-

ных структурах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

9.2.6. Волны свистового диапазона частот в плазме с нестационарным магнит-

ным полем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

9.2.7. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

9.3.Моделирование коллективных процессов в магнитосферах планет и в солнеч-

ной короне (А.Г. Демехов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

9.3.1. Циклотронная неустойчивость свистовых волн в плазменных магнитных

ловушках. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

9.3.2. Лабораторное моделирование других видов космических циклотронных

мазеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

9.4. Лабораторное моделирование распространения электронного пучка в косми-

ческой плазме (Д.М. Карфидов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

9.4.1. Электронные пучки в солнечной системе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

9.4.2. Лабораторные эксперименты по распространению пучков в плазме . . . . 296

9.4.3. Релаксация размытого по скоростям электронного пучка в плазме . . . . 298

9.5. Антенная диагностика электромагнитных сигналов в плазме (Ю.В. Чугунов) 302

9.5.1. Расчет среднеквадратичной ЭДС, наводимой на антенне в неравновесной

плазме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

9.5.2. Расчет спектральной плотности шумовой ЭДС . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

9.5.3. Эффективная длина приемной антенны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

9.6. Активные эксперименты для исследований геофизических явлений в около-

земном космическом пространстве (Ю.И. Зецер, Б.Г. Гаврилов, Н.Ф. Бла-

говещенская) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

9.6.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

9.6.2. Средства и методы изучения искусственных и естественных возмущений

в атмосферно-ионосферно-магнитосферной системе в активных экспе-

риментах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

9.6.3. Активные исследования магнитосферно-ионосферных процессов, связан-

ныхс зарождением и эволюцией плазменных образований и их взаи-

модействием с фоновой средой и магнитным полем . . . . . . . . . . . . . 319

9.6.4. Тепловое нелинейное взаимодействие мощных КВ-радиоволн с ионосфер-

ной плазмой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

9.6.5. Триггерное ОНЧ-излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343

9.7. Инжекция струй электронов и плазмы в магнитосферу и ионосферу (А.И.Мо-

розов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

9.7.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

9.7.2. Инжекция электронных пучков в магнитосферу . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

9.7.3. Инжекция в ионосферу и магнитосферу квазинейтральной энергичной

плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348

9.7.4. Эксперимент «Porcupine» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349

9.8. Радиофизические методы исследований и мониторинга ионосферы Земли

(В.М. Смирнов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351

Глава 10. Мелкодисперсные частицы и пылевая плазма в гелиогеофизике

(С.И. Попель) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368

10.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368

10.2. Пылевое облако в Солнечной системе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

10.3. Пыль в магнитосфере Земли. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

10.4. Пыль в магнитосферах Юпитера и Сатурна. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

10.5. Заряженная пыль в ионосфере Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376

10 Оглавление

10.6. Наблюдательные проявления коллективных процессов в запыленной ионосфе-

ре. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380

10.7. Заряженная пыль и ударно-волновые явления в Солнечной системе . . . . . . 384

10.8. Приповерхностная и атмосферная пыль. Шумановские резонансы . . . . . . . . 388

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

Глава 11. Некоторые сведения по физике плазмы (Д.Р. Шкляр) . . . . . . . . . . . . 391

Список основных обозначений к гл. 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391

11.1. Понятие плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392

11.2.Методы описания плазмы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393

11.2.1. Движение отдельных частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394

11.2.2. Кинетический подход Больцмана—Власова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395

11.2.3. Магнитная гидродинамика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398

11.3. Дебаевское экранирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403

11.4. Линейные волновые процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405

11.4.1. Гидродинамические волны в холодной плазме . . . . . . . . . . . . . . . . . 405

11.4.2. МГД-волны в плазме конечной температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406

11.4.3. Кинетическая теория . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407

11.4.4. Затухание Ландау плазменных волн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424

11.4.5. Ионно-звуковые волны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

11.4.6. Квазиэлектростатические волны в «теплой» плазме . . . . . . . . . . . . . . 429

11.4.7. Электростатические волны в горячей плазме . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433

11.4.8. Резонансное взаимодействие электромагнитных волн и частиц в плазме 437

11.5. Нелинейные процессы в плазме. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444

11.5.1. Самофокусировка мощной высокочастотной волны в плазме . . . . . . . . 447

11.5.2. Модуляционная неустойчивость волновых пакетов в плазме . . . . . . . . 450

11.5.3. Уравнение Кортевега—де Вриза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

11.5.4. Нелинейные эффекты при взаимодействии частиц с монохроматической

волной конечной амплитуды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455

11.5.5. Квазилинейное приближение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460

11.5.6. Нелинейное взаимодействие волн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462

11.6. Движение заряженных частиц в сильном магнитном поле . . . . . . . . . . . . . 466

11.6.1. Дипольное поле и дипольные координаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466

11.6.2. Гамильтониан, уравнения движения и адиабатические инварианты . . . 467

11.6.3. Скорость азимутального дрейфа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470

11.7.Механизмы ускорения частиц в плазме. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470

11.7.1. Бетатронное ускорение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470

11.7.2. Ускорение Ферми . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472

11.7.3. Резонансное ускорение частиц при их взаимодействии с электромагнит-

ными волнами в неоднородной плазме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472

11.8. Неустойчивости плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475

11.8.1. Кинетические неустойчивости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475

11.8.2. Гидродинамические неустойчивости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484

11.9.Магнитное пересоединение (Л.М. Зеленый, Х.В. Малова) . . . . . . . . . . . . . 490

Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495

Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554