Dispersion Characteristics of Low-Frequency Electron Waves in a Magnetoactive Plasma of Arbitrary Density

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The article studies waves in a collisionless magnetoactive plasma with frequencies much lower than the electron cyclotron frequency at an arbitrary ratio between the electron plasma and cyclotron frequencies. A general dispersion relation is obtained for the wave frequency as a function of the wave vector and the ratio of the plasma frequency to the cyclotron frequency. This relation is a bicubic equation with respect to frequency. Based on this equation, the existence domains of various wave modes depending on the specified parameter, their group velocity, polarization, and energy density are studied. Special attention is paid to low-frequency whistler waves in a low-density plasma, since, among the propagating wave modes existing in the specified range of parameters, whistler waves have the highest refractive index and play an important role in theresonant interaction of waves and particles.

About the authors

N. S. Artekha

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences; National Research University Higher School of Economics

Email: natalya.arteha@mail.ru
117997, Moscow, Russia; 101000, Moscow, Russia

D. R. Shklyar

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: david@iki.rssi.ru
117997, Moscow, Russia

References

  1. Ахиезер А.И. (ред.), Ахиезер И.А., Половин Р.В., Ситенко А.Г., Степанов К.Н. Электродинамика плазмы. М.: Наука, 1974.
  2. Гинзбург В.Л., Рухадзе А.А. Волны в магнитоактивной плазме. М.: Наука, 1975.
  3. Helliwell R.A. Whistlers and related ionospheric phenomena. Stanford: Stanford University Press, 1965.
  4. Ferencz C., Ferencz O.E., Hamar D., Lichtenberger J. (eds). Whistler phenomena. Short impulse propagation. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2001.
  5. Беспалов П.А., Трахтенгерц В.Ю. // Вопросы теории плазмы. М.: Атомиздат, 1980. Вып. 10. С. 88.
  6. Matsumoto H., Kimura I. // Planetary Space Sci. 1971. V. 19. P. 567.
  7. Matsumoto H. // Wave instabilities in space plasmas / Eds. Palmadesso P.J., Papadopoulos K. Hingham: D. Reidel, 1979. 163 p.
  8. Omura Y., Nunn D., Matsumoto H., Rycroft M.J. // J. Atmospheric Terrestrial Phys. 1991. V. 53. P. 351.
  9. Demekhov A.G., Trakhtengerts V.Y., Rycroft M.J., Nunn D. // Geomagnetism and Aeronomy. 2006. V. 46. P. 711.https://doi.org/10.1134/S0016793206060053
  10. Demekhov A.G., Trakhtengerts V.Y., Rycroft M.J., Nunn D. // Geomagnetism and Aeronomy. 2009. V. 49(1). 24.https://doi.org/10.1134/S0016793209010034
  11. Shklyar D.R. // Planetary Space Sci. 1986. V. 34. P. 1091.
  12. Thorne R.M., Kennel C.F. // J. Geophys. Res. 1971. V. 76(19). P. 4446.https://doi.org/10.1029/JA076i019p04446
  13. Сажин С.С. Естественные радиоизлучения в магнитосфере Земли. М.: Наука, 1982. 9 с.
  14. Artemyev A., Agapitov O., Breuillard H., Krasnosels-kikh V., Rolland G. // Geophys. Res. Lett. V. 39. P. L08105.https://doi.org/10.1029/2012GL051393
  15. Artemyev A., Agapitov O., Mourenas D., Krasnoselskikh V., Shastun V., Mozer F. // Space Sci. Rev. 2016.https://doi.org/10.1007/s11214-016-0252-5
  16. Trakhtengerts V.Y., Rycroft M.J. // J. Atmospheric Solar-Terrestrial Phys. 2000. V. 62. P. 1719.
  17. Trakhtengerts V.Y., Rycroft M.J. Whistler and Alfven mode cyclotron masers in space. Cambridge: Cambridge University Press, 2008.
  18. Шкляр Д.Р. // Плазменная гелиогеофизика / Под ред. Л.М. Зеленого и И.С. Веселовского. М.: Физматлит, 2008. Т. 2. С. 391.
  19. Storey L.R.O. // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1953. V. A246(908). P. 113.
  20. Gendrin R. // Planet. Space Sci. 1961. V. 5. P. 274.https://doi.org/10.1016/0032-0633(61)90096-4
  21. Kimura I. // Radio Sci. 1966. V. 1(3). P. 269.
  22. Kimura I. // Space Sci. Rev. 1985. V. 42 (3/4). P. 449.
  23. Smith R.L., Angerami J.J. // J. Geophys. Res. 1968. V. 73 (1). P. 1.
  24. Barnhart B.L., Kurth W.S., Groene J.B., Faden J.B., Santolik O., Gurnett D.A. // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. P. A05218.https://doi.org/10.1029/2009JA014069
  25. Tetrick S.S., Gurnett D.A., Kurth W.S., Imai M., Hospodarsky G.B., Bolton S.J., Connerney J.E.P., Levin S.M., Mauk B.H. // Geophys. Res. Lett. 2017. V. 44. P. 4447.https://doi.org/10.1002/2017GL073073
  26. Zhang X.-J., Ma Q., Artemyev A.V., Li W., Kurth W.S., Mauk B.H., Clark G., Allegrini F., Gershman D.J., Bolton S.J. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2020. V. 125. P. e2020JA027957.https://doi.org/10.1029/2020JA027957
  27. Kurth W.S., Mauk B.H., Elliott S.S., Gurnett D.A., Hospodarsky G.B., Santolik O., Connerney J.E.P., Valek P., Allegrini F., Gladstone G.R., Bolton S.J., Levin S.M. // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45. P. 9372.https://doi.org/10.1029/2018GL078566
  28. Sulaiman A.H., Mauk B.H., Szalay J.R., Allegrini F., Clark G., Gladstone G.R., Kotsiaros S., Kurth W.S., Bagenal F., Bonfond B., Connerney J.E.P., Ebert R.W., Elliott S.S., Gershman D.J., Hospodarsky G.B., Hue V., Lysak R.L., Masters A., Santolik O., Saur J., Bolton S.J. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2022. V. 127. P. e2022JA030334.https://doi.org/10.1029/2022JA030334
  29. Persoon A.M., Kurth W.S., Gurnett D.A., Groene J.B., Sulaiman A.H., Wahlund J.-E., Morooka M.W., Ha-did L.Z., Nagy A.F., Waite J.H.,Jr., Cravens T.E. // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46. P. 3061.https://doi.org/10.1029/2018GL078020
  30. Lamy L., Cecconi B., Zarka P., Canu P., Schippers P., Kurth W.S., Mutel R.L., Gurnett D.A., Menietti D., Louarn P. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2010. V. 116. P. A04212.https://doi.org/10.1029/2010JA016195
  31. Shprits Y.Y., Menietti J.D., Gu X., Kim K.C., Horne R.B. // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. P. A11216.https://doi.org/10.1029/2012JA018031
  32. Menietti J.D., Averkamp T.F., Imai M., Kurth W.S., Clark G.B., Allegrini F., Groene J.B., Faden J.B., Bolton S.J. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2021. V. 126. P. e2020JA028742.https://doi.org/10.1029/2020JA028742
  33. Lamy L., Schippers P., Zarka P., Cecconi B., Arridge C.S., Dougherty M.K., Louarn P., Andre N., Kurth W.S., Mutel R.L., Gurnett D.A., Coates A.J. // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. P. L12104. https://doi.org/10.1029/2010GL043415
  34. Mutel R.L., Menietti J.D., Gurnett D.A., Kurth W., Schippers P., Lynch C., Lamy L., Arridge C., Cecconi B. // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. P. L19105.https://doi.org/10.1029/2010GL044940
  35. Шафранов В.Д. // Вопросы теории плазмы / Под ред. М.А. Леонтовича. М.: Госатомиздат, 1963.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (578KB)
Indexing metadata
3.

Download (650KB)
Indexing metadata
4.

Download (70KB)
Indexing metadata
5.

Download (91KB)
Indexing metadata
6.

Download (93KB)
Indexing metadata
7.

Download (79KB)
Indexing metadata
8.

Download (54KB)
Indexing metadata
9.

Download (217KB)
Indexing metadata
10.

Download (858KB)
Indexing metadata
11.

Download (283KB)
Indexing metadata
12.

Download (459KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».