АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ СЕРФОТРОННОГО УСКОРЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНОЙ В КОСМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ ОТ ИМПУЛЬСА ЧАСТИЦ ВДОЛЬ ВОЛНОВОГО ФРОНТА

摘要

На основе численных расчетов нелинейного нестационарного уравнения второго порядка для фазы волны на траектории частицы рассмотрена динамика серфотронного ускорения электронов электромагнитной волной, распространяющейся поперек внешнего магнитного поля в космической плазме, в зависимости от величины импульса электрона вдоль волнового фронта. Проведенные численные расчеты показали, что для сильно релятивистских начальных значений компоненты импульса электронов вдоль волнового фронта g_y(0) (при неизменных прочих параметрах задачи) их захват в режим ультрарелятивистского серфотронного ускорения происходит в определенном интервале начальной фазы волны на траектории частицы Ψ(0). В расчетах полагалось |Ψ(0)| ≤ π. Для сильнорелятивистских значений g_y(0) захват электрона волной происходит сразу примерно для 19% начальных фаз (благоприятные величины) Ψ(0)), а для остальных Ψ(0) захват даже на больших временах расчета не наблюдался. Это позволяет существенно упростить оценки затухания волны на ускоряемых частицах в последующих расчетах. Рассмотрена также динамика компонент скорости, импульса и релятивистского фактора электронов при ультрарелятивистском серфотронном ускорении. Полученные результаты представляют интерес для развития современных представлений о возможных механизмах генерации потоков ультрарелятивистских частиц в относительно спокойной космической плазме, а также для корректной интерпретации экспериментальных данных по наблюдаемым потокам этих частиц и объяснения возможных причин зафиксированных в гелиосфере отклонений спектров ультрарелятивистских частиц от стандартных степенных скейлингов, связи этих вариаций с космической погодой и атмосферными крупномасштабными процессами типа тропических циклонов.