Электростатические эффекты и формирование пылевой плазмы над поверхностью Энцелада

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Предложен механизм формирования плазменно-пылевой системы над освещенной солнечным излучением поверхностью Энцелада – спутника Сатурна. Показано, что в результате действия фотоэффекта, вызванного солнечным излучением, а также с учетом влияния плазмы солнечного ветра, выполняются условия для возможности подъема пылевых частиц над поверхностью спутника в результате электростатического отталкивания. На основе самосогласованной модели для описания электростатического поля и компонент плазмы, в том числе фотоэлектронов от поверхности Энцелада и фотоэлектронов от поверхностей пылевых частиц определены функции распределения фотоэлектронов, пылевых частиц, а также их электростатических зарядов в зависимости от высоты и угла между местной нормалью и направлением на Солнце. Также определены и высотные профили электростатических полей для соответствующих углов между местной нормалью и направлением потока солнечного излучения. Показано, что несмотря на значительное расстояние до Солнца фотоэффект играет важную роль в формировании пылевой плазмы у поверхности Энцелада. Установлено, что из-за того, что габариты Энцелада значительно уступают размерам и массе Луны, концентрация фотоэлектронов над поверхностью Энцелада может на порядок превосходить концентрацию электронов и ионов солнечного ветра, а размеры левитирующих пылевых частиц превышают характерные размеры пылевых частиц, поднимающихся над поверхностью Луны. В обратной ситуации размеры левитирующих над Энцеладом частиц заметно уступают размерам частиц, левитирующих над поверхностями космических объектов меньших размеров, чем Энцелад, например, в случае спутников Марса – Фобоса и Деймоса.

Об авторах

Д. В. Шохрин

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

Email: kopnin@cosmos.ru
Россия, Москва

С. И. Копнин

Институт космических исследований РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kopnin@cosmos.ru
Россия, Москва

С. И. Попель

Институт космических исследований РАН

Email: kopnin@cosmos.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Porco C.C., Baker E., Barbara J., Beurle K., Brahic A., Burns J.A., Charnoz S., Cooper N., Dawson D.D., Del Genio A.D., Denk T., Dones L., Dyudina U., Evans M.W., Giese B., Grazier K., Helfenstein P., Ingersoll A.P., Jacobson R.A., Johnson T.V., McEwen A., Murray C.D., Neukum G., Owen W.M., Perry J., Roatsch T., Spitale J., Squyres S., Thomas P., Tiscareno M., Turtle E., Vasavada A.R., Veverka J., Wagner R., West R. // Science. 2005. V. 307. P. 1226.
  2. Yaroshenko V.V., Ratynskaia S., Olson J., Brenning N., Wahlund J.-E., Morooka M., Kurth W.S., Gurnett D.A., Morfill G.E. // Planet. Space Sci. 2009. V. 57. P. 1807.
  3. Porco C.C., Helfenstein P., Thomas P. C., Ingersoll A.P., Wisdom J., West R., Neukum G., Denk T., Wagner R., Roatsch T., Kieffer S., Turtle E., McEwen A., Johnson T.V., Rathbun J., Veverka J., Wilson D., Perry J., Spitale J., Brahic A., Burns J.A., DelGenio A.D., Dones L., Murray C.D., Squyres S. // Science. 2006. V. 311. P. 1393.
  4. Pitman K.M., Buratti B.J., Mosher J.A., Bauer J.M., Momary T.W., Brown R.H., Nicholson P.D., Hedman M.M. // Astrophys. J. 2008. V. 680. P. L65.
  5. Thomas P.C., Burns J.A., Helfenstein P., Squyres S., Veverka J., Porco C., Turtl E.P., McEwen A., Denk T., Giese B., Roatsch T., Johnson T.V., Jacobson R.A. // Icarus. 2007. V. 190. P. 573.
  6. Spahn F., Schmidt J., Albers N., Horning M., Makuch M., Seiß M., Kempf S., Srama R., Dikarev V., Helfert S., Moragas-Klostermeyer G., Krivov A.V., Sremcevic M., Tuzzolino A.J., Economou T., Grun E. // Science. 2006. V. 311. P. 1416.
  7. Parkinson C.D., Liang M.-C., Yung Y.L., Kirschivnk J.L. // Orig. Life Evolution Biosph. 2008. V. 38. P. 355.
  8. Hao J., Glein C.R., Huang F., Yee N., Catling D.C., Postberg F., Hillier J.K., Hazen R.M. // PNAS. 2022. V.119. P. e2201388119.
  9. Postberg F., Schmidt J., Hillier J., Kempf S., Srama R. // Nature. 2011. V. 474. P. 620.
  10. Kieffer S.W., Lu X., Bethke C.M., Spencer J.R., Marshak S., Navrotsky A. // Science. 2006. V. 314. P. 1764.
  11. Waite J.H., Glein C.R., Perryman R.S., Teolis B.D., Magee B.A., Miller G., Grimes J., Perry M.E., Miller K.E., Bouquet A., Lunine J.I., Brockwell T., Bolton S.J. // Science. 2017. V. 356. P. 155.
  12. Waite J.H. Jr., Combi M.R., Ip W.-H., Cravens T.E., McNutt R.L. Jr., Kasprzak W., Yelle R., Luhmann J., Niemann H., Gell D., Magee B., Fletcher G., Lunine J., Tseng W.-L. // Science. 2006. V. 311. P. 1419.
  13. Brown R.H., Clark R.N., Buratti B.J., Cruikshank D.P., Barnes J.W., Mastrapa R.M.E., Bauer J., Newman S., Momary T., Baines K.H., Bellucci G., Capaccioni F., Cerroni P., Combes M., Coradini A., Drossart P., Formisano V., Jaumann R., Langevin Y., Matson D.L., McCord T.B., Nelson R.M., Nicholson P.D., Sicardy B., Sotin C. // Science. 2006. V. 311. P. 1425.
  14. Hansen C.J., Esposito L., Stewart A.I.F., Colwell J., Hendrix A., Pryor W., Shemansky D., West R. // Science. 2006. V. 311. P. 1422.
  15. Spencer J.R., Pearl J.C., Segura M., Flasar F.M., Mamoutkine A., Romani P., Buratti B.J., Hendrix A.R., Spilker L.J., Lopes R.M.C. // Science. 2006. V. 311. P. 1401.
  16. Rothery D.A. Satellites of the Outer Planets: Worlds in Their Own Right. N.Y.: Oxford University Press, 1999. 264 p.
  17. Efroimsky M. // Icarus. 2018. V. 300. P. 223.
  18. Collins G.C., Goodman J.C. // Icarus. 2007. V. 189. P. 72.
  19. Gioia G., Chakraborty P., Marshak S., Kieffer S.W. // PNAS. 2007. V.104. P.13578.
  20. Newman S.F., Buratti B.J., Brown R.H., Jaumann R., Bauer J., Momary T. // Icarus. 2008. V. 193. P.397.
  21. Tokar R.L., Johnson R.E., Hill T.W., D.H.Pontius, Kurth W.S., Crary F.J., Young D.T., Thomsen M.F., Reisenfeld D.B., Coates A.J., Lewis G.R., Sittler E.C., Gurnett D.A. // Science. 2006. V. 311. P. 1409.
  22. Iess L., Stevenson D.J., Parisi M., Hemingway D., Jacobson R.A., Lunine J.I., Nimmo F., Armstrong J.W., Asmar S.W., Ducci M., Tortora P. // Science. 2014. V. 344. P. 78.
  23. Farrell W.M., Kurth W.S., Tokar R.L., Wahlund J.-E., Gurnett D.A., Wang Z., McDowall R.J., Morooka M.W., Johnson R.E., Waite J.H. Jr. // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. P. L20202.
  24. Morooka M.W., Wahlund J.-E., Eriksson A.I., Farrell W.M., Gurnett D.A., Kurth W.S., Persoon A.M., Shafiq M., André M., Holmberg M.K.G. // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. A12221.
  25. Engelhardt I.A.D., Wahlund J.-E., Andrews D.J., Eriksson A.I., Ye S., Kurth W.S., Gurnett D.A., Morooka M.W., Farrell W.M., Dougherty M.K. // Planet. Space Sci. 2015. V. 117. P. 453.
  26. Stubbs T.J., Vondrak R.R., Farrell W.M. // Advances Space Res. 2006. V. 37. P. 59.
  27. Sternovsky Z., Chamberlin P., Horányi M., Robertson S., Wang X. // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. P. A10104.
  28. Stubbs T.J., Glenar D.A., Farrell W.M., Vondrak R.R., Collier M.R., Halekas J.S., Delory G.T. // Planet. Space. Sci. 2011. V. 59. P. 1659.
  29. Голубь А.П., Дольников Г.Г., Захаров А.В., Зеленый Л.М., Извекова Ю.Н., Копнин С.И., Попель С.И. // Письма ЖЭТФ. 2012. Т. 95. С. 198.
  30. Лисин Е.А., Тараканов В.П., Петров О.Ф., Попель С.И., Дольников Г.Г., Захаров А.В., Зеленый Л.М., Фортов В.Е. // Письма ЖЭТФ. 2013. Т. 98. С. 755.
  31. Буринская Т.М. // Физика плазмы. 2014. Т. 40. С. 17.
  32. Popel S.I., Zelenyi L.M., Golub’ A.P., Dubinskii A.Yu. // Planet. Space Sci. 2018. V. 156. P. 71.
  33. Popel S.I., Golub’ A.P., Kassem A.I., Zelenyi L.M. // Phys. Plasmas. 2022. V. 29. P. 013701.
  34. Schmidt J., Brilliantov N., Spahn F., Kempf S. // Nature. 2008. V. 451. P. 685.
  35. Postberg F., Kempf S., Schmidt J., Brilliantov N., Beinsen A., Abel B., Buck U., Srama R. // Nature. 2009. V. 459. P. 1098.
  36. Rossi C., Cianfarra P., Salvini F., Bourgeois O., Tobie G. // J. Geophys. Res.: Planets. 2020. V. 125. P. e2020JE006471.
  37. Попель С.И., Копнин С.И., Голубь А.П., Дольников Г.Г., Захаров А.В., Зеленый Л.М., Извекова Ю.Н. // Астрономич. Вестн. 2013. Т. 47. С. 455.
  38. Голубь А.П., Попель С.И. // Письма ЖЭТФ. 2021. Т. 113. С. 440.
  39. Голубь А.П., Попель С.И. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 741.
  40. Попель С.И., Голубь А.П., Захаров А.В., Зеленый Л.М. // Письма ЖЭТФ. 2017. Т. 106. С. 469.
  41. Попель С.И., Голубь А.П., Зеленый Л.М. // Физика плазмы. 2018. Т. 44. С. 635.
  42. Walbridge E. // J. Geophys. Res. 1973. V. 78. P. 3668.
  43. Клумов Б.А., Морфилл Г.Е., Попель С.И. // ЖЭТФ. 2005. Т. 127. С. 171.
  44. Schmitt-Ott A., Schurtenberger P., Siegmann H.C. // Phys. Rev. Lett. 1980. V. 45. P. 1284.
  45. Chamberlin P.C., Woods T.N., Eparvier F.G. // Space Weather. 2008. V. 6. P. S05001.
  46. Попель С.И., Голубь А.П., Извекова Ю.Н., Афонин В.В., Дольников Г.Г., Захаров А.В., Зеленый Л.М., Лисин Е.А., Петров О.Ф. // Письма ЖЭТФ. 2014. Т. 99. С. 131.
  47. Колесников Е.К., Мануйлов А.С. // Астрономич. Ж. 1982. Т. 59. С. 996.
  48. Колесников Е.К., Яковлев А.Б. // Астрономич. вестн. 1997. Т. 31. С. 70.
  49. Losseva T.V., Popel S.I., Golub’ A.P., Izvekova Yu.N., Shukla P.K. // Phys. Plasmas. 2012. V. 19. P. 013703.
  50. Dougherty M.K., Khurana K.K., Neubauer F.M., Russell C.T., Saur J., Leisner J.S., Burton M.E. // Science. 2006. V. 311. P. 1406.
  51. Попель С.И., Голубь А.П., Кассем А.И., Зеленый Л.М. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. С. 451.
  52. Попель С.И., Голубь А.П. // Письма ЖЭТФ. 2022. Т. 115. С. 629.
  53. Ye S.-Y., Gurnett D.A., Kurth W.S. // Icarus. 2016. V. 279. P. 51.
  54. Popel S.I., Kassem A.I., Izvekova Yu.N., Zelenyi L.M. // Phys. Lett. A. 2020. V. 384. P. 126627.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024

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».