КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 21-42-04404

НазваниеВенера и Марс в потоке солнечного ветра. Сравнительное исследование.

Руководитель Вайсберг Олег Леонидович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук , г Москва

Конкурс №43 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (DFG)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-503 - Ионосферная и космическая плазма

Ключевые слова Солнечная система, планеты земной группы, Марс, Венера, солнечный ветер, магнитосферы планет, атмосферные потери, физика плазмы, кинетические процессы, ионосфера, сравнительная планетология

Код ГРНТИ29.27.45

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной задачи: выяснение механизмов образования магнитосфер Марса и Венеры, не имеющих собственного глобального магнитного поля, но обладающих развитой атмосферой. Эти магнитосферы были открыты в 1970-х годах (Dolginov et al, 1975a,b, Vaisberg et al., 1975) на спутниках Марса Марс-2, -3 и -5 и спутниках Венеры Венера-9 и -10 (Dolginov, et al., 1978, Gringauz et al., 1976a, Vaisberg et al.,1976). Было установлено, что эти планеты не имеют собственного глобального магнитного поля и что солнечный ветер взаимодействует с газовыми оболочками этих планет. При этом взаимодействии образуются так называемые индуцированные магнитосферы, которые, как постулировалось, обязаны токам в ионосферах Марса и Венеры (Mitchel, 1971). Последующие исследования Марса были проведены на спутнике Фобос-2 в 1988/89 годах и продолжаются на спутнике ESA MARS EXPRESS с 2003 г. и на спутнике NASA MAVEN с 2014 г. по настоящее время. Исследования Венеры продолжились на спутнике NASA Pioneer Venus Orbiter c декабря 1978 до октября 1992 и на европейском спутнике Venus Express с 2005 до 2015 г. Эти исследования позволили детально исследовать хвосты планет, образующиеся при конвекции магнитных силовых трубок солнечного ветра, нагруженных атмосферными ионамии дрейфующими с дневной стороны планеты в хвост, являющийся основным каналом атмосферных потерь. Исследование магнитных хвостов и определение величины этих потерь и являются основным содержанием исследований вплоть до настоящего времени. Дневные магнитосферы этих планет, которые являются местом зарождения потерь, наряду с ионосферой, недостаточно изучены ввиду малой высотной их протяженности и малым временным разрешением приборов на всех спутниках Марса и Венеры, за исключением спутника Марса MAVEN, работающего с конца 2014г, Однако, ввиду того, что MAVEN имеет основную задачу определения атмосферных потерь через хвост Марса, структура дневной магнитосферы, процессы, образующие ее и транспорт плазмы на ночную сторону в хвост Марса остаются не изученными. Именно эти задачи предлагается решить в рамках данного исследования. Особенности транспорта плазмы на ночную сторону во многом определяют плазменную структуру хвоста магнитосфер Марса и Венеры. В этой связи плазменная структура хвоста является “эхом” процессов происходящих на дневной стороне. Не смотря на вышеупомянутые интенсивные исследования динамики хвоста Марса и его токового слоя, проводимые в последние годы с помощью наблюдений MAVEN (например, DiBraccio et al., 2017; 2018; Grigorenko et al., 2017), многие вопросы связанные с формированием плазменной структуры хвоста остаются открытыми. В частности, неясным остается вопрос о механизмах возникновения асимметрии в распределении плотности легких и тяжелых ионных компонент в направлении нормали к поперечному токовому слою хвоста Марса, и ее влиянии на динамику токового слоя. Также не изученной является проблема возможного вклада диссипации энергии в токовом слое хвоста в формирование тепловой и надтепловой популяций различных ионных компонент в токовом и плазменном слое хвостов магнитосфер Марса и Венеры. О возможности диссипации энергии в токовом слое хвоста Марса и Венеры посредством магнитного пересоединения, либо в результате развития неустойчивостей токового слоя в процессе его утоньшения и формирования вложенных метастабильных токовых структур сообщалось в работах (Harada et al., 2015;2017; Zhang et al., 2012; Grigorenko et al., 2019). Однако, детальных исследований влияния этих процессов на тепловые характеристики различных ионных компонент до сих пор не проводилось. Эти задачи также планируется решить в рамках предлагаемого проекта. Наши исследования магнитосферы Марса будут использовать данные магнитометра MAG, ионного масс-спектрометра STATIC, ионного спектрометра SWIA, электронного спектрометра SWEA, волнового детектора LPW, монитора ультрафиолетового излучения EUV и спектрометра энергичных частиц SEP, осуществляющих измерения на борту MAVEN и на плазменных экспериментах ASPERA-3 и MARSIS на борту Mars Express. Исследования, выполняемые в рамках данного проекта, будут опираться на наш опыт в изучении механизмов ускорения и переноса плазмы в планетных магнитосферах. Новая фаза наших исследований Марса была проведена в рамках гранта РНФ № 16-42-01103. В 2019 г. мы провели первое исследование физических процессов в дневной магнитосфере Марса (Вайсберг и др, 2019, препринт arXiv:1909.07107 [physics.space-ph]), которое показало, что дневная магнитосфера образуется при взаимодействии кислородных ионов, образуемых при ионизации экзосферных компонентов УФ излучением Солнца и вторгшихся в верхнюю ионосферу, с верхней частью ионосферы. В части исследования магнитосферы Венеры предполагается использовать наблюдения орбитального аппарата Venus Express: ионного масс-спектрометра ASPERA-4 и магнитометра MAG. В предлагаемом проекте мы планируем сделать акцент на физических аспектах взаимодействия солнечного ветра с Марсом и Венерой. При этом надо учитывать, что между Марсом и Венерой имеется большая разница в процессах взаимодействия солнечного ветра с атмосферой. Марс имеет развитую экзосферу, внешнюю часть атмосферы, которая простирается на тысячи километров. Это связано с тем, что гравитация у Марса мала. К тому же процессы рекомбинационной диссоциации молекул О2+ приводят к образованию очень протяженной кислородной экзосферы. Сравнительно малая сила тяжести и протяженная экзосфера приводят к тому, что кинетические процессы у Марса играют большую роль во взаимодействии солнечного ветра с планетой и в атмосферных процессах. В ходе выполнения проекта планируются: (i) исследование источников плазмы в дневных магнитосферах Марса и Венеры, транспорт плазмы на ночную сторону в хвост и ее вклад в убегающий поток (ii) выявление процессов вторжения экзосферных ионов в дневную ионосферу Марса, роль этих ионов в образовании магнитосферы и поставке энергии в верхнюю атмосферу (iii) определение механизма нагрева и ускорения ионов верхней ионосферы и дальнейшего вклада ионосферных ионов в убегающий поток (iv) исследование сходства и различий в образовании магнитосфер Марса и Венеры и их характеристик (v) исследование роли нестационарных межпланетных возмущений в динамике дневной магнитосферы и релаксацию дневной магнитосферы (vi) исследование механизмов формирования асимметрии распределения плотностей легких и тяжелых ионов в направлении нормали к поперечному токовому слою хвоста (vii) исследование роли процессов диссипации энергии в токовом слое хвоста магнитосфер Марса и Венеры в формировании тепловой и надтепловой ионных популяций. Актуальность предлагаемого исследования состоит в смене акцентов от морфологии и статистических исследований к физическим процессам в исследовании дневной магнитосферы. Такой тренд наблюдается в настоящее время, что подчеркивает актуальность предлагаемого исследования. Это же следует из увеличения числа космических миссий к Марсу, Венере и малым телам солнечной системы, которые подготавливаются и реализуются в настоящее время. Исследования Венеры и Марса имеют большое значение для понимания эволюции и будущего нашей Земли. Научная новизна предлагаемого исследования состоит в опоре на исследовании физических процессов в образовании дневной магнитосферы, ускорении и нагреве компонентов и использовании кинетического подхода к процессам формирования магнитосферы и атмосферных потерь.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---