RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 11, 2025
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2025

 / 

Август

←  →

К 100-летию со дня рождения Сергея Ивановича Сыроватского. Конференции и симпозиумы


Тонкие и сверхтонкие токовые слои: путешествие вглубь сингулярности Сыроватского

†  а, ‡  б, а, §  а, *  в, а, г, #  а, °  а
а Институт космических исследований РАН, ул. Профсоюзная 84/32, Москва, 117997, Российская Федерация
б Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына, Ленинские горы 1 стр. 2, Москва, 119991, Российская Федерация
в Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет, Ленинские горы 1 стр. 2, Москва, 119991, Российская Федерация
г Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», ул. Мясницкая 20, Москва, 101000, Российская Федерация

Рассматривается история исследования тонких токовых слоёв в космической плазме, с протонными толщинами, которые в рамках магнитогидродинамической (МГД) теории считались сингулярными структурами — бесконечно тонкими МГД-разрывами. Отмечается особая роль работ С.И. Сыроватского и его группы в развитии теории и экспериментальных исследований нестационарных тонких токовых слоёв применительно к солнечным вспышкам. Научные многоспутниковые миссии (Интербол, Cluster, MMS) позволили заглянуть внутрь "сингулярностей", оценить сложнейшие процессы накопления, трансформации и высвобождения энергии в них. Накопление данных наблюдений многоспутниковых космических миссий и развитие теоретических моделей тонких слоёв позволило изучить их сложную внутреннюю структуру с иерархическим вложением более тонких токовых слоёв внутрь более широких. Динамика плазмы даже в не очень тонком слое уже не может описываться в МГД-приближении и, как минимум, требует раздельного описания движения электронов и ионов. Особую сложность, в силу их большого ларморовского радиуса (который может превышать толщину слоя), представляет описание ионов. Здесь большую роль сыграла так называемая квазиадиабатическая теория описания движения заряженных частиц при наличии резких магнитных градиентов. Выявлена ключевая роль тонких вложенных структур как триггеров взрывного магнитного пересоединения и преобразования свободной энергии магнитных полей в энергию волн и потоков ускоренных частиц. Подробно освещена актуальная тема наблюдения и интерпретации свойств сверхтонких токовых слоёв с электронными масштабами, которые могут быть как частью многоуровневых вложенных структур, так и самостоятельными нестационарными множественными образованиями, с которыми в горячей бесстолкновительной магнитосферной плазме связаны процессы диссипации магнитной энергии. Быстрая эволюция и распады этих слоёв ведут к ускорению электронов и формированию новых слоёв, также распадающихся и рождающих новые тонкие токовые структуры, т.е. пересоединение на малых электронных масштабах по-прежнему идёт, но происходит в нетривиальном каскадном режиме. Несколько десятилетий уже прошло со времени создания С.И. Сыроватским МГД-модели динамического токового слоя. Поучителен опыт совершенствования как экспериментальной техники, так и теоретического аппарата, которые позволили заглянуть внутрь этих удивительных структур.

Текст pdf (2,6 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2025.03.039950
Ключевые слова: бесстолкновительная космическая плазма, тонкие токовые слои, метастабильность, магнитное пересоединение, сверхтонкие электронные слои, электронная тиринг-мода, каскадное пересоединение
PACS: 52.40.Kh, 94.05.−a (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2025.03.039950
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2025/8/c/
2-s2.0-105016785536
2025PhyU...68..759Z
Цитата: Зелёный Л М, Малова Х В, Григоренко Е Е, Попов В Ю, Царева О О, Леоненко М В "Тонкие и сверхтонкие токовые слои: путешествие вглубь сингулярности Сыроватского" УФН 195 807–834 (2025)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 20 июня 2025, 5 марта 2025

English citation: Zelenyi L M, Malova H V, Grigorenko E E, Popov V Yu, Tsareva O O, Leonenko M V “Thin and superthin current sheets: journey into the depths of Syrovatskii's singularity” Phys. Usp. 68 759–784 (2025); DOI: 10.3367/UFNe.2025.03.039950

Список литературы (192) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (2) Похожие статьи (20)

  1. Parker E N J. Geophys. Res. 62 509 (1957)
  2. Sweet P A Electromagnetic Phenomena in Cosmical Physics, Proc. IAU Symp. No. 6 Vol. 6 (Ed. B Lehnert) (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1958) p. 123
  3. Parker E N Astrophys. J. Suppl. 8 177 (1963)
  4. Petschek H E The Physics of Solar Flares, Proc. of the AAS-NASA Symp. 28-30 October, 1963, Greenbelt, MD (NASA Special Publ.) Vol. 50 (Ed. W N Hess) (Washington, DC: National Aeronautics and Space Administration, Science and Technical Information Division, 1964) p. 28-30
  5. Сыроватский С И УФН 104 669 (1971); Syrovatskii S I Sov. Phys. Usp. 14 533 (1972)
  6. Сыроватский С И УФН 118 738 (1976); Syrovatskii S I Sov. Phys. Usp. 19 354 (1976)
  7. Сомов Б В, Сыроватский С И УФН 120 217 (1976); Somov B V, Syrovatskii S I Sov. Phys. Usp. 19 813 (1976)
  8. Kennel C F Comments Astrophys. Space Phys. 6 71 (1975)
  9. Alfvén H, Fälthammar C-G Cosmic Electrodyn. 2 78 (1971)
  10. Alfven H J. Geophys. Res. 81 4019 (1976)
  11. Giovanelli R G Mon. Not. R. Astron. Soc. 107 338 (1947)
  12. Dungey J W Phys. Rev. Lett. 6 47 (1961)
  13. Akasofu S-I Planet. Space Sci. 12 573 (1964)
  14. Сыроватский С И УФН 62 247 (1957)
  15. Сыроватский С И УФН 128 380 (1979)
  16. Кадомцев Б Б УФН 151 3 (1987); Kadomtsev B B Rep. Prog. Phys. 50 115 (1987)
  17. Sato T J. Geophys. Res. 84 7177 (1979)
  18. Kowal G et al Astrophys. J. 700 63 (2009)
  19. Зеленый Л М Динамика плазмы и магнитных полей в хвосте магнитосферы Земли (Итоги науки и техники. Сер. Исследования космического пространства) Т. 24 (М.: ВИНИТИ, 1986)
  20. Pudovkin M I, Semenov V S Space Sci. Rev. 41 1 (1985)
  21. Безродных С И, Власов В И, Сомов Б В Письма в Астрон. журн. 37 133 (2011); Bezrodnykh S I, Somov B V, Vlasov V I Astron. Lett. 37 113 (2011)
  22. Artemyev A V et al Ann. Geophys. 27 4075 (2009)
  23. McPherron R L et al Quantitative Modeling of Magnetosphere-Ionosphere Coupling Processes (Eds Y Kamide, R A Wolf) (Kyoto: Kyoto Sangyo Univ., 1987) p. 252
  24. Runov A, Nakamura R, Baumjohann W Adv. Space Res. 38 85 (2006)
  25. Франк А Г УФН 180 982 (2010); Frank A G Phys. Usp. 53 941 (2010)
  26. Zelenyi L et al Plasma Phys. Control. Fusion 58 054002 (2016)
  27. Frank A G et al Plasma Phys. Control. Fusion 65 095006 (2023)
  28. Сыроватский С И Вестн. АН СССР (10) 33 (1977)
  29. Сыроватский С И Природа (2) 143 (1978)
  30. Syrovatskii S I Annu. Rev. Astron. Astrophys. 19 163 (1981)
  31. Biskamp D Nonlinear Magnetohydrodynamics (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1997)
  32. Biskamp D, Schwarz E Phys. Plasmas 8 4729 (2001)
  33. Biskamp D Energy Conversion and Particle Acceleration in the Solar Corona (Lecture Notes in Physics) Vol. 612 (Ed. K-L Klein) (Berlin: Springer, 2003) p. 109
  34. Гинзбург В Л, Сыроватский С И УФН 71 411 (1960); Ginzburg V L, Syrovatskii S I Sov. Phys. Usp. 3 504 (1961)
  35. Зеленый Л М и др Физика плазмы 37 137 (2011); Zelenyi L M et al Plasma Phys. Rep. 37 118 (2011)
  36. Ness N F J. Geophys. Res. 70 2989 (1965)
  37. Зеленый Л М, Милованов А В УФН 174 809 (2004); Zelenyi L M, Milovanov A V Phys. Usp. 47 749 (2004)
  38. Axford W I, Hines C O The Upper Atmosphere in Motion (Geophysical Monograph Series, No. 18, Ed. C O Hines) (Washington, DC: American Geophysical Union, 1974) p. 933
  39. Feldstein Y I et al J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 65 429 (2003)
  40. Alexeev I I Space Sci. Rev. 107 141 (2003)
  41. Nagai T, Shinohara I J. Geophys. Res. 127 e30653 (2022)
  42. Hones E W (Jr.) Magnetic Reconnection in Space and Laboratory Plasmas (Geophysical Monograph) Vol. 30 (Ed. E W Hones (Jr.)) (Washington, DC: American Geophysical Union, 1984) p. 178
  43. Rostoker G et al Space Sci. Rev. 46 93 (1988)
  44. Крымский П Ф, Ромащенко И А Геомагнетизм и аэрономия 30 927 (1990)
  45. Зелёный Л М и др Физика плазмы 47 771 (2021); Zelenyi L M et al Plasma Phys. Rep. 47 857 (2021)
  46. Zelenyi L, Sauvaud J-A Ann. Geophys. 15 511 (1997)
  47. Zelenyi L, Sauvaud J-A Ann. Geophys. 20 289 (2002)
  48. Escoubet C P, Schmidt R, Goldstein M L Space Sci. Rev. 79 11 (1997)
  49. Runov A et al Geophys. Res. Lett. 30 1579 (2003)
  50. Grigorenko E E, Sauvaud J-A, Zelenyi L M J. Geophys. Res. 112 A05218 (2007)
  51. Vaivads A, Retinò A, André M Space Sci. Rev. 122 19 (2006)
  52. Fairfield D H Magnetic Reconnection in Space and Laboratory Plasmas (Geophysical Monograph) Vol. 30 (Ed. E W Hones (Jr.)) (Washington, DC: American Geophysical Union, 1984) p. 168
  53. Kaufmann R L J. Geophys. Res. 92 7471 (1987)
  54. Petrukovich A A et al J. Geophys. Res. 112 A10213 (2007)
  55. Mitchell D G et al Geophys. Res. Lett. 17 583 (1990)
  56. Lui A T Y et al J. Geophys. Res. 97 1461 (1992)
  57. Sergeev V A et al J. Geophys. Res. 98 17345 (1993)
  58. Baker D N et al J. Geophys. Res. 101 12975 (1996)
  59. Sanny J et al J. Geophys. Res. 99 5805 (1994)
  60. Pulkkinen T I et al J. Geophys. Res. 99 5793 (1994)
  61. Petrukovich A A et al J. Geophys. Res. 116 A00I25 (2011)
  62. Pulkkinen T I et al Geophys. Res. Lett. 20 2427 (1993)
  63. Angelopoulos V et al Science 321 931 (2008)
  64. Malova H V et al Astrophys. J. 834 34 (2017)
  65. Guo A et al Astrophys. J. 955 14 (2023)
  66. Panov E V et al Adv. Space Res. 37 1363 (2006)
  67. Birn J, Hesse M J. Geophys. Res. 119 290 (2014)
  68. Zelenyi L et al Space Sci. Rev. 132 593 (2007)
  69. Grigorenko E E et al J. Geophys. Res. 122 10176 (2017)
  70. Artemyev A V, Vasko I Y, Kasahara S Planet. Space Sci. 96 133 (2014)
  71. Runov A et al Ann. Geophys. 23 1391 (2005)
  72. Nakamura R et al Space Sci. Rev. 122 29 (2006)
  73. Zelenyi L M et al Adv. Space Res. 30 1629 (2002)
  74. Зеленый Л М и др Космические исследования 40 385 (2002); Zelenyi L M et al Cosmic Res. 40 357 (2002)
  75. Malova H V et al Geophys. Res. Lett. 34 L16108 (2007)
  76. Kamaletdinov S R et al J. Geophys. Res. 129 e2023JA032130 (2024)
  77. Мингалев О В и др Физика плазмы 38 329 (2012); Mingalev O V et al Plasma Phys. Rep. 38 300 (2012)
  78. Zelenyi L M et al Nonlin. Processes Geophys. 11 579 (2004)
  79. Zelenyi L M et al Geophys. Res. Lett. 33 L05105 (2006)
  80. Мингалев О В и др Физика плазмы 33 1028 (2007); Mingalev O V et al Plasma Phys. Rep. 33 942 (2007)
  81. Cowley S W H J. Plasma Phys. 12 319 (1974)
  82. Servidio S et al J. Geophys. Res. 116 A09102 (2011)
  83. Леденцов Л С, Сомов Б В ЖЭТФ 144 1319 (2013); Ledentsov L S, Somov B V J. Exp. Theor. Phys. 117 1164 (2013)
  84. Malova H V et al J. Geophys. Res. 120 4802 (2015)
  85. Мананкова А В Геомагнетизм и аэрономия 46 339 (2006); Manankova A V Geomagn. Aeron. 46 322 (2006)
  86. Sitnov M I et al J. Geophys. Res. 111 A08204 (2006)
  87. Быков А А, Зеленый Л М, Малова Х В Физика плазмы 34 148 (2008); Bykov A A, Zelenyi L M, Malova Kh V Plasma Phys. Rep. 34 128 (2008)
  88. Malova H V et al J. Geophys. Res. 118 4308 (2013)
  89. Harris E G Nuovo Cimento 23 115 (1962)
  90. Lembege B, Pellat R Phys. Fluids 25 1995 (1982)
  91. Зелёный Л М и др УФН 186 1153 (2016); Zelenyi L M et al Phys. Usp. 59 1057 (2016)
  92. Зеленый Л М и др УФН 180 973 (2010); Zelenyi L M et al Phys. Usp. 53 933 (2010)
  93. Gontikakis C et al Astrophys. J. 771 126 (2013)
  94. Sitnov M I et al J. Geophys. Res. 105 13029 (2000)
  95. Zelenyi L M et al Nonlin. Processes Geophys. 7 127 (2000)
  96. Tsyganenko N A, Mukai T J. Geophys. Res. 108 1136 (2003)
  97. Галеев А А, Зеленый Л М ЖЭТФ 70 2133 (1976); Galeev A A, Zelenyi L M Sov. Phys. JETP 43 1113 (1976)
  98. Zelenyi L et al J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 70 325 (2008)
  99. Speiser T W J. Geophys. Res. 70 4219 (1965)
  100. Eastwood J W Planet. Space Sci. 20 1555 (1972)
  101. Ashour-Abdalla M et al J. Geophys. Res. 99 14891 (1994)
  102. Delcourt D C, Malova H V, Zelenyi L M Geophys. Res. Lett. 33 L06106 (2006)
  103. Hoshino M et al J. Geophys. Res. 103 4509 (1998)
  104. Мингалев О В и др Солнечно-земная физика 7 (2) 12 (2021); Mingalev O V et al Solar-Terr. Phys. 7 (2) 11 (2021)
  105. Мингалев О В и др Физика плазмы 35 85 (2009); Mingalev O V et al Plasma Phys. Rep. 35 76 (2009)
  106. Malova H V et al J. Geophys. Res. 117 A04212 (2012)
  107. Sergeev V et al Geophys. Res. Lett. 30 1327 (2003)
  108. Somov B V, Verneta A I Space Sci. Rev. 65 253 (1993)
  109. Wu M et al J. Geophys. Res. 121 7817 (2016)
  110. Sitnov M et al Space Sci. Rev. 215 31 (2019)
  111. Birn J et al Phys. Plasmas 18 111202 (2011)
  112. Gonzalez W D et al Magnetic Reconnection: Concepts and Applications (Astrophysics and Space Science Library) Vol. 427 (Eds W Gonzalez, E Parker) (Cham: Springer, 2016) p. 1
  113. Sitnov M I et al Geophys. Res. Lett. 48 e93065 (2021)
  114. Liu Y-H et al J. Geophys. Res. 119 9773 (2014)
  115. Coppi B, Laval G, Pellat R Phys. Rev. Lett. 16 1207 (1966)
  116. Coroniti F V Phys. Rev. Lett. 38 1355 (1977)
  117. Schindler K Space Sci. Rev. 23 365 (1979)
  118. Esarey E, Molvig K Geophys. Res. Lett. 14 367 (1987)
  119. Галеев А А Основы физики плазмы Т. 1 (Под ред. А А Галеева, Р Судана) (М.: Энергоиздат, 1983); Galeev A A Basic Plasma Physics Vol. 1 (Eds A A Galeev, R N Sudan) (Amsterdam: North-Holland, 1983)
  120. Büchner J, Zelenyi L M J. Geophys. Res. 94 11821 (1989)
  121. Malova H V, Sitnov M I Phys. Lett. A 177 235 (1993)
  122. Daughton W Phys. Plasmas 6 1329 (1999)
  123. Daughton W, Lapenta G, Ricci P Phys. Rev. Lett. 93 105004 (2004)
  124. Sitnov M I, Malova H V, Sharma A S Geophys. Res. Lett. 25 269 (1998)
  125. Ситнов М И, Малова Х В, Шарма А С Физика плазмы 25 253 (1999); Sitnov M I, Malova H V, Sharma A S Plasma Phys. Rep. 25 227 (1999)
  126. Sitnov M I, Lui A T Y J. Geophys. Res. 104 6941 (1999)
  127. Büchner J Adv. Space Res. 18 267 (1996)
  128. Tsurutani B T et al Earth Planets Space 61 555 (2009)
  129. Fairfield D H J. Geophys. Res. 97 10865 (1992)
  130. Sergeev V A, Pellinen R J, Pulkkinen T I Space Sci. Rev. 75 551 (1996)
  131. Pellat R, Coroniti F V, Pritchett P L Geophys. Res. Lett. 18 143 (1991)
  132. Малова Х В и др Физика плазмы 36 897 (2010); Malova Kh V et al Plasma Phys. Rep. 36 841 (2010)
  133. Заславский Г М, Сагдеев Р З Введение в нелинейную физику: От маятника до турбулентности и хаоса (М.: Наука, 1988); Sagdeev R Z, Usikov D A, Zaslavsky G M Nonlinear Physics: From the Pendulum to Turbulence and Chaos (Chur: Harwood Acad. Publ., 1988)
  134. Sonnerup B U Ö J. Geophys. Res. 76 8211 (1971)
  135. Зелёный Л М и др УФН 183 365 (2013); Zelenyi L M et al Phys. Usp. 56 347 (2013)
  136. Chen J, Palmadesso P J J. Geophys. Res. 91 1499 (1986)
  137. Chen J J. Geophys. Res. 97 15011 (1992)
  138. Schindler K Earth's Magnetospheric Processes. Proc. of a Symp., and 9th ESRO, European Space Research Organization, Summer School, Cortina, Italy, August 30 - September 10, 1971 (Astrophysics and Space Science Library) Vol. 32 (Ed. B M McCormac) (Dordrecht: D. Reidel, 1972) p. 200
  139. Zwingmann W J. Geophys. Res. 88 9101 (1983)
  140. Schindler K Astrophys. Space Sci. 264 289 (1998)
  141. Schindler K, Birn J J. Geophys. Res. 107 1193 (2002)
  142. Hill T W J. Geophys. Res. 80 4689 (1975)
  143. Francfort P, Pellat R Geophys. Res. Lett. 3 433 (1976)
  144. Pritchett P L, Coroniti F V J. Geophys. Res. 97 16773 (1992)
  145. Kropotkin A P, Domrin V I J. Geophys. Res. 101 19893 (1996)
  146. Kropotkin A P, Malova H V, Sitnov M I J. Geophys. Res. 102 22099 (1997)
  147. Birn J J. Geophys. Res. 85 1214 (1980)
  148. Kan J R J. Geophys. Res. 103 11787 (1998)
  149. Burkhart G R et al J. Geophys. Res. 97 13799 (1992)
  150. Zelenyi L M et al Multiscale Processes in the Earth's Magnetosphere: From Interball to Cluster (NATO Science Ser. II) Vol. 178 (Eds J-A Sauvaud, Z Němeček) (Dordrecht: Springer, 2004) p. 275
  151. Zelenyi L M et al Geophys. Res. Lett. 47 e2020GL088422 (2020)
  152. Zelenyi L M et al J. Geophys. Res. 127 e2022JA030881 (2022)
  153. Khabarova O et al Space Sci. Rev. 217 38 (2021)
  154. Pezzi O et al Space Sci. Rev. 217 39 (2021)
  155. Ohtani S Space Sci. Rev. 95 347 (2001)
  156. Hwang K-J et al J. Geophys. Res. 116 A00I32 (2011)
  157. Nishimura Y et al J. Geophys. Res. 129 e2024jA032924 (2024)
  158. Ge Y S et al J. Geophys. Res. 117 A10226 (2012)
  159. Belehaki A et al Ann. Geophys. 13 494 (1995)
  160. Зеленый Л М и др Космические исследования 47 388 (2009); Zelenyi L M et al Cosmic Res. 47 352 (2009)
  161. Burch J L et al Space Sci. Rev. 199 5 (2016)
  162. Wang R et al Geophys. Res. Lett. 45 4542 (2018)
  163. Phan T D et al Geophys. Res. Lett. 43 6060 (2016)
  164. Zhou M et al Phys. Rev. Lett. 119 055101 (2017)
  165. Gingell I et al Geophys. Res. Lett. 46 1177 (2019)
  166. Chen Z Z et al Geophys. Res. Lett. 46 10209 (2019)
  167. Leonenko M V et al J. Geophys. Res. 126 e2021JA029641 (2021)
  168. Sonnerup B U Ö, Scheible M Analysis Methods for Multi-Spacecraft Data (ISSI Scientific Reports Ser., ESA/ISSI) Vol. 1 (Eds G Paschmann, P Daly) (Frascati: ESA, 1998) p. 185
  169. Grigorenko E E et al J. Geophys. Res. 129 e2023JA032318 (2024)
  170. Khabarova O et al Astrophys. J. 933 97 (2022)
  171. Fu H S et al Geophys. Res. Lett. 44 37 (2017)
  172. Huang S Y et al Geophys. Res. Lett. 49 e2021GL096403 (2022)
  173. Mallet A J. Plasma Phys. 86 905860301 (2020)
  174. Vega C et al Astrophys. J. Lett. 893 L10 (2020)
  175. Hubbert M et al J. Geophys. Res. 127 e29584 (2022)
  176. Man H Y et al Geophys. Res. Lett. 45 8729 (2018)
  177. Poh G et al J. Geophys. Res. 124 7477 (2019)
  178. Hesse M et al Space Sci. Rev. 160 3 (2011)
  179. Torbert R B et al Science 362 1391 (2018)
  180. Genestreti K J et al J. Geophys. Res. 128 e2023JA031760 (2023)
  181. Lu S et al Nat. Commun. 11 5049 (2020)
  182. Lu S et al Astrophys. J. 943 100 (2023)
  183. Huang S Y et al J. Geophys. Res. 120 6188 (2015)
  184. Tsareva O O et al Geophys. Res. Lett. 51 e2023GL106867 (2024)
  185. Leonenko M V et al Atmosphere 14 722 (2023)
  186. Tsareva O O et al J. Geophys. Res. 128 e2023JA031459 (2023)
  187. Büchner J, Zelenyi L M Phys. Lett. A 118 395 (1986)
  188. Alexeev I I, Kalegaev V V J. Geophys. Res. 100 19267 (1995)
  189. Runov A et al Geophys. Res. Lett. 36 L14106 (2009)
  190. Sitnov M I, Swisdak M, Divin A V J. Geophys. Res. 114 A04202 (2009)
  191. Balikhin M A et al J. Geophys. Res. 117 A08229 (2012)
  192. Grigorenko E E et al J. Geophys. Res. 119 6553 (2014)
© Успехи физических наук, 1918–2025
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение