Статья «СЕРФОТРОННОЕ УСКОРЕНИЕ ПРОТОНОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНОЙ НА ПЕРИФЕРИИ ГЕЛИОСФЕРЫ, "Физика плазмы"»

Рассмотрены захват и последующее сильное серфотронное ускорение слаборелятивистских протонов электромагнитной волной, распространяющейся в плазме на периферии гелиосферы поперек внешнего магнитного поля. Задача сведена к анализу нестационарного, нелинейного уравнения второго порядка для фазы волны на траектории частицы. Исследованы условия захвата протонов волной, динамика компонент импульса и скорости частиц, структура фазовой плоскости, траектории частиц и зависимость темпа ускорения от исходных параметров задачи. Приведены асимптотики характеристик ускоренных частиц для параметров гелиосферы. Обсуждаются оптимальные условия реализации ультрарелятивистского серфотронного ускорения протонов электромагнитной волной. Обоснована возможность возникновения из-за серфотронного механизма отличий в спектрах ускоренных протонов, полученных при обработке экспериментальных данных по регистрации космических лучей (КЛ), от стандартных степенных зависимостей. Показано, что в гелиосфере (в области между ударной волной солнечного ветра и гелиопаузой, на расстоянии а. е. от Солнца) возможно доускорение протонов, имевших начальную энергию порядка нескольких ГэВ, до энергий порядка тысячи ГэВ. Для объяснения спектров протонов в диапазоне энергий ГэВ предложена феноменологическая двухкомпонентная модель. Первая компонента соответствует постоянной (в этом диапазоне) галактической составляющей. Вторая переменная компонента соответствует гелиосферной составляющей, возникающей вследствие доускорения протонов мягких КЛ на периферии гелиосферы. Возможность серфотронного ускорения протонов в гелиосфере позволяет понять причину переменности их спектров, измеренных в диапазоне энергий от десятков до сотен ГэВ на разных временных шкалах в период 1992?2008 гг., а также зависимость переменности этих спектров от гелиосферной погоды.