A Theory of Large-Scale Flows of Rotating Partially Ionized Spaceand Astrophysical Plasma in the Approximation of Hall Magnetohydrodynamics

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A theory of large-scale flows of rotating partially ionized space and astrophysical plasma in the approximation of the Hall magnetohydrodynamics is developed. Partially ionized rotating plasma describes large-scale processes in the exoplanetary atmospheres of hot Jupiters, the thermospheric–ionospheric system of planets and the Earth, in the protoplanetary disks, along with many other objects of heliophysics and space physics. The derived equations contain nontrivial terms describing the influence of rotation on the Hall current and ambipolar plasma diffusion in addition to the traditional Coriolis force acting upon momentum of the plasma’s center of mass. Linear flows are analyzed in the simplest case when gravity is neglected. The dispersion relations for modified Alfv.n waves, rotating fast and slow acoustic waves, along with modified whistler waves, are obtained. The slow acoustic waves represent a new type of flows driven by the Coriolis force. The fast acoustic waves correspond to conventional acoustic waves in the absence of rotation.

About the authors

T. V. Galstyan

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

Author for correspondence.
Email: galstyan.tigran@phystech.edu
Russian Federation, Moscow, 117997; Dolgoprudny, Moscow oblast, 141700

D. A. Koshkina

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

Email: koshkina.da@phystech.edu
Russian Federation, Moscow, 117997; Dolgoprudny, Moscow oblast, 141700

D. A. Klimachkov

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Email: klimachkovdmitry@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 117997

A. S. Petrosyan

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

Email: apetrosy@cosmos.ru
Russian Federation, Moscow, 117997; Dolgoprudny, Moscow oblast, 141700

References

  1. Petrosyan A., Klimachkov D., Fedotova M., Zinyakov T. // Atmosphere. 2020. V. 11(4). P. 314. doi: 10.3390/atmos11040314.
  2. Fedotova M., Klimachkov D., Petrosyan A. // Universe. 2021. V. 7(4). P. 87. doi: 10.3390/universe7040087.
  3. Петросян А.С. Федотова М.А., Климачков Д.А. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 209. doi: 10.31857/S0367292122601229.
  4. Witalis E.A. // Phys. Scripta. 1987. V. 35. P. 689. doi: 10.1088/0031-8949/35/5/013.
  5. Ilgisonis V.I. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2001. V. 43. P. 1255. doi: 10.1088/0741-3335/43/9/307.
  6. Huba J.D. // Lect. Notes. Phys. 2003. V. 615. P. 166. doi: 10.1007/3-540-36530-3_9.
  7. Морозов А.И. Введение в плазмодинамику. М.: Физматлит, 2006.
  8. Wardle P.B.P. // Mon. Not. Royal Astron. Soc. 2008. V. 385(4). P. 2269. doi: 10.1111/j.1365-2966.2008.12998.x.
  9. Ballester J.L., Alexeev I., Collados M., Dones T., Pfaff R.F., Gilbert H., Khodachenko M., Khomenko E., Shaikhislamov I.F., Soler R., Vázquez-Semadeni E., Zaqarashvili T. // Space Sci. Rev. 2018. V. 214. P. 1. doi: 10.1007/s11214-018-0485-6.
  10. Soler R., Ballester J.L. // Front. Astron. Space Sci. 2022. V. 9. P. 74. doi: 10.3389/fspas.2022.789083.
  11. Leake J. E., De Vore C.R., Thayer J.P., Burns A.G., Crowley G., Gilbert H.R., Huba J.D., Krall J., Linton M.G., Lukin V.S., Wang W. // Space Sci. Rev. 2014. V. 184. P. 107. doi: 10.1007/s11214-014-0103-1.
  12. Benavides S.J., Flierl G.R. // J. Fluid Mech. 2020. V. 900. P. A28. doi: 10.1017/jfm.2020.500.
  13. Khomenko E. Topics in Magnetohydrodynamic Topology, Reconnection and Stability Theory / Ed. MacTaggart D., Hillier A., 2019. P. 69. doi: 10.1007/978-3-030-16343-3_3.
  14. Goldreich P., Reisenegger A. // Astrophys. J 1992. V. 395. P. 250. doi: 10.1086/171646.
  15. Wardle M. // Mon. Not. Royal Astron. Soc. 1999. V. 307(4). P. 849. doi: 10.1046/j.1365-8711.1999.02670.x.
  16. Balbus S.A., Terquem C. // Astrophys. J. 2001. V. 552. P. 235. doi: 10.1086/320452.
  17. Dikpati M., Gilman A.P. // Astrophys. J. 2001. V. 551, P. 536. doi: 10.1086/320080.
  18. Wei X. // Astrophys. J. 2016. V. 828. P. 30. doi: 10.3847/0004-637X/828/1/30.
  19. Zaqarashvili T.V., Oliver R., Ballester J. L., Shergelashvili B.M. // Astron. Astrophys. 2007. V. 470. P. 815. doi: 10.1051/0004-6361:20077382.
  20. Lakhin V.P., Ilgisonis V.I. // Phys. Plasmas. 2011. V. 18(9). P. 092103. doi: 10.1063/1.3628302.
  21. Ильгисонис В.И. // УФН. 2009. Т. 179(7). С. 790. doi: 10.3367/UFNr.0179.200907i.0790.
  22. Arendt P. N. Jr. // arXiv:astro-ph/9801194v1. 1998.
  23. Thyagaraja A., McClements K.G. // Phys. Plasmas. 2009. V. 16(9). P. 092506. doi: 10.1063/1.3238485.
  24. Zawistowski Z.J., Kovivchak Ya. // Wave Motion. 2017. V. 72. P. 62. doi: 10.1016/j.wavemoti.2016.12.001.
  25. Ерофеев В.И., Солдатов И. Н. // Акуст. Ж. 2000. Т. 46. С. 644.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 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».