Расщепление тонких токовых слоев в магнитосфере Земли

Построена аналитическая модель одномерного самосогласованного анизотропного тонкого токового слоя (ТТС), описывающая слой с расщепленной (или «бифурцированной») структурой, то есть с минимумом плотности тока в центре слоя и максимумами по краям. Модель представляет собой систему уравнений Власова–Максвелла, преобразованную в одномерном случае к уравнению типа Грэда–Шафранова. Предположение о квазиадиабатичности движения частиц, то есть сохранении приближенного инварианта движения $I_z$, позволяет исследовать медленную эволюцию системы в процессе диффузии функции распределения по $I_z$. Процессы рассеяния могут привести к частичному захвату пролетной популяции ионов вблизи токового слоя. Поскольку ток таких квазизахваченных частиц противоположен по направлению току пролетных частиц, происходит частичная или полная компенсация локального тока в центре слоя. Как следствие, профиль плотности тока эволюционирует от обычного вида с одним максимумом к «бифурцированному». Такая структура является характерной для ТТС перед окончательным разрушением, когда баланс натяжений магнитного поля перестанет выполняться. Результаты численных расчетов хорошо подтверждаются экспериментальными наблюдениями расщепленных токовых слоев на ИСЗ Cluster и Geotail в хвосте магнитосферы Земли. Полученные результаты указывают, что возможный механизм разрушения ТТС не обязательно связан с развитием плазменных неустойчивостей, а может носить эволюционный характер.