ИСТИНА

В представленном обзоре рассмотрена теория плазменной неустойчивости, к которой приводит неоднородное распределение плотности энергии, связанное со сдвигом скорости в плоскости, перпендикулярной внешнему магнитному полю. Широкополосная электростатическая турбулентность регулярно регистрируется спутниками и ракетами на авроральных магнитных силовых линиях и наблюдается во всех секторах местного магнитного времени, при любом уровне геомагнитной активности. Считается, что именно широкополосная турбулентность является основным механизмом поперечного нагрева ионов в верхней ионосфере, причем их последующее выталкивание в пробочной конфигурации магнитного поля на большие высоты представляется главным источником ионосферных частиц в магнитосфере Земли. Широкополосный электростатический шум может быть отождествлен как разновидность ионно-циклотронных и ионно-акустических волн, которые возбуждаются плазменной неустойчивостью. Широкополосные электростатические возмущения развиваются на фоне градиентов электрического и магнитного полей, т.е. в существенно неоднородных фоновых конфигурациях. Это дает основания предполагать, что механизм генерации такой турбулентности может быть адекватно описан в нелокальном приближении. Суть физического механизма неустойчивости состоит в том, что плотность энергии электростатической волны из-за сдвига скорости конвекции, связанного с неоднородностью электрического поля, может стать отрицательной в одних областях пространства, оставаясь положительной в других. Если для заданной равновесной конфигурации возникает перекачка энергии из областей с отрицательной плотностью энергии в положительную, то неустойчивость нарастает. Эффект усиливается в присутствии различных неоднородностей плазмы (электрического поля, плотности плазмы, продольного тока). Показано, что неоднородные электрические поля альфвеновской турбулентности могут дестабилизировать волны, являющиеся разновидностью электростатических ионно- циклотронных волн, которые соответствуют неустойчивым решениям нелокального дисперсионного уравнения для возмущений волн ионно-циклотронного типа и свойства которых существенно отличаются от свойств классических ионно-циклотронных волн. Также продемонстрировано, что могут возбуждаться наклонные ионно-акустические моды из-за наличия сдвига в продольной скорости ионов. Причем для волн ионно-акустического типа неустойчивость обеспечивает широкополосный спектр в области значений частот порядка 0.1 от гирочастоты ионов. В спектре таких волн присутствует набор из множества собственных частот и длин волн, обеспечивающих широкополосный спектр, что хорошо согласуется с известными наблюдательными данными. Кроме того, из спутниковых наблюдений известно, что электростатическая неустойчивость, возбуждаемая неоднородным распределением плотности энергии, к которому приводит сильно неоднородное поперечное электрическое поле (сдвиг скорости конвекции плазмы), иногда не развивается внутри нелинейных плазменных структур в авроральной ионосфере, несмотря на то что сдвиг скорости в них, согласно оценкам, достаточен для её возбуждения. Причиной подавления неустойчивости может быть несинфазное изменение электрического поля и продольного тока внутри таких структур. Теоретические предсказания были подтверждены в ряде лабораторных экспериментов с использованием плазменных лабораторных устройств с однородным магнитным полем, таких как Q-машины, камеры для космического моделирования и т.д. Работа выполнена при поддержке РФФИ (№18-29-21037).