IONOSPHERIC PLASMA-DUST CLOUDS: INFLUENCE OF RAYLEIGH-TAYLOR INSTABILITY

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Noctilucent clouds (NLC) and polar mesosphere summer echoes (PMSE) of the Earth's ionosphere, observed at altitudes of about 80-95 km, are considered. A self-consistent model describing a possible formation mechanism of such clouds is presented. It is shown that, unlike the ionosphere of Mars, the influence of such factors as dust particle interaction with adhering water condensate molecules and viscous Knudsen friction strength decrease in the nucleation zone decreases on the Earth. The characteristic sizes and charges of the dust particles of the cloud predicted by the model are calculated. It is shown that an important factor, affects the formation of dusty plasma clouds of the Earth's mesosphere, is the Rayleigh–Taylor instability. The effect of the instability leads to the fact that there is an upper limit of the size of the dust particles in the cloud.

About the authors

Yu. S. Reznichenko

Space Research Institute of Russian Academy of Sciences, IKI RAS; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University), MIPT

Email: reznichenko.yus@phystech.edu
Russian Federation, 117997, Moscow; 141701, Dolgoprudny, Moscow region

A. Yu. Dubinskiy

Space Research Institute of Russian Academy of Sciences, IKI RAS

Email: popel@iki.rssi.ru
Russian Federation, 117997, Moscow

S. I. Popel'

Space Research Institute of Russian Academy of Sciences, IKI RAS

Author for correspondence.
Email: popel@iki.rssi.ru
Russian Federation, 117997, Moscow

References

  1. С. И. Попель, Природа 9, 48 (2015).
  2. S.I. Popel, S.I. Kopnin, I.N. Kosarev, and M.Y.Yu, Adv. Space Res. 37, 414 (2006).
  3. Ю.Н. Извекова, Ю.С. Резниченко, С.И. Попель, Физика плазмы 46, 1119 (2020).
  4. В. Е. Фортов, Ю.М. Батурин, Г. О. Морфилл, О.Ф. Петров, Плазменный кристалл. Космические эксперименты, Физматлит, Москва (2015).
  5. S.I.Popel, A.P. Golub’, A.I.Kassem, andL.M.Ze-lenyi, Phys. Plasmas 29, 013701 (2022).
  6. S.I.Popel, L. M. Zelenyi, A.P. Golub’, and A. Yu. Dubinskii, Planet. Space Sci. 156, 71 (2018).
  7. S. I. Popel and A. A. Gisko, Nonlin. Processes Geophys. 13, 223 (2006).
  8. B.A. Klumov, S.I. Popel, and R. Bingham, Письма в ЖЭТФ 72, 524 (2000).
  9. Б.А. Клумов, Г. Е. Морфилл, С.И. Попель, ЖЭТФ 127, 171 (2005).
  10. А. Ю. Дубинский, С.И. Попель, Письма в ЖЭТФ 96, 22 (2012).
  11. S. I. Popel, S. I. Kopnin, M. Y. Yu, J. X. Ma, and Feng Huang, J. Phys. D: Appl. Phys. 44, 174036 (2011).
  12. V.E. Fortov, A.V. Ivlev, S.A.Khrapak, A.G.Khra-pak, and G.E. Morfill, Phys.Rep. 421, 1 (2005).
  13. P. K. Shukla and A. A. Mamun, Introduction to Dusty Plasmas Physics, Inst. Phys. Publ., Bristol/Philadelphia (2002).
  14. В.Н. Цытович, УФН 167, 57 (1997).
  15. В. Е. Фортов, А. Г. Храпак, С. А. Храпак, B. И. Молотков, О.Ф. Петров, УФН 174, 495 (2004).
  16. V. N. Tsytovich, G. E. Morfill, S. V. Vladimirov, and H. M. Thomas, Elementary Physics of Complex Plasmas, Springer, Berlin (2008).
  17. U. von Zahn, G. Baumgarten, U. Berger, J. Fiedler, and P. Hartogh, Atmosph. Chem. Phys. 4, 2449 (2004).
  18. J. Y. N. Cho and J. Rottger, J. Geophys. Res. 102, 2001 (1997).
  19. M. Gadsden and W. Schroder, Noctilucent Clouds, Springer-Verlag, Berlin (1989).
  20. H. Thomas and G. E. Morfill, Nature 379, 806 (1996).
  21. F. Montmessin, J.-L. Bertaux, E. Quemerais, O.Ko-rablev, P. Rannou, F. Forget, S. Perrier, D. Fussen, S. Lebonnois, A. Reberac, and E. Dimarellis, Icarus 183, 403 (2006).
  22. https://www.newsru.com/hitech/30may2021/ mars_clouds.html.
  23. F. Montmessin, B. Gondet, J. P. Bibring, Y. Langevin, P. Drossart, F. Forget, and T. Fouchet, J. Geophys.Res. 112, E11S90 (2007).
  24. J. A. Whiteway, L. Komguem, C. Dickinson, C. Cook, M. Illnicki, J. Seabrook, V. Popovici, T. J. Duck, R. Davy, P. A. Taylor, J. Pathak, D. Fisher, A. I. Carswell, M. Daly, V. Hipkin, A. P. Zent, M. H. Hecht, S. E. Wood, L. K. Tamp-pari, N. Renno, J. E. Moores, M. T. Lemmon, F. Daerden, and P. Smith, Science 325, 68 (2009).
  25. P. O. Hayne, D. A. Paige, J. T. Schofield, D. M. Kass, A. Kleinbohl, N. G. Heavens, and D.J. McCleese, J.Geophys.Res. 117, E08014 (2012).
  26. А. Ю. Дубинский, Ю. С. Резниченко, С. И. По-пель, Физика плазмы 45, 913 (2019).
  27. Yu. S. Reznichenko, A. Yu. Dubinskii, and S.I. Popel, J. Phys.: Conf. Ser. 1556, 012072 (2020).
  28. Ю. С. Резниченко, А. Ю. Дубинский, С. И. По-пель, Письма в ЖЭТФ 117, 420 (2023).
  29. R. P. Turco, O. B. Toon, R. C. Whitten, R. G. Keesee, and D. Hollenbach, Planet. Space Sci. 30, 1147 (1982).
  30. R. A. Goldberg, R. F. Pfaff, R. H. Holzworth, F. J. Schmidlin, H. D. Voss, A. J. Tuzzolino, C. L. Croskey, J. D. Mitchell, M. Friedrich, D. Murtagh, G. Witt, J. Gumbel, U. von Zahn, W. Singer, and U.-P. Hoppe, Geophys. Res. Lett. 28, 1407 (2001).
  31. М. А. Леонтович, Введение в термодинамику, Гос. изд-во технико-теоретической литературы, Москва-Ленинград (1952).
  32. G.C. Reid, J.Atmosph.Sci. 32, 523 (1975).
  33. E. Kopp, Adv. Space Res. 25, 173 (2000).
  34. A. V. Pavlov, Surveys in Geophysics 35, 259 (2014).
  35. А. В. Филиппов, И. Н. Дербенев, Н. А. Дятко, С. А. Куркин, Г. Б. Лопанцева, А. Ф. Паль, А.Н. Старостин, ЖЭТФ 152, 293 (2017).
  36. А. Ю. Дубинский, Ю. С. Резниченко, С. И. По-пель, Астрон. вестник 57, 225 (2023).
  37. F. F. Chen, in Plasma Diagnostic Techniques, ed. by R. H. Huddlestone and S.L. Leonard, Academic, New York (1965), Ch.4.
  38. M.S.Barnes, J.H.Keller, J.C.Forster, J. A.O’Neill, and D. K. Coultas, Phys. Rev. Lett. 68, 313 (1992).
  39. C. Voltz, W. Pesch, and I. Rehberg, Phys.Rev.E 65, 011404 (2001).
  40. Р. С. Савельев, Н.Н. Розанов, Г. Б. Сочилин, С. А. Чивилихин, Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, № 3 (73), 18 (2011).
  41. В.Н. Цытович, УФН 185, 161 (2015).
  42. Атмосфера стандартная. Параметры, ИПК Изд-во стандартов, Москва (2004), ГОСТ 4401-81.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).