Zakharov–Kuznetsov Equation for Describing Low-Frequency Nonlinear Dust Acoustic Perturbations in Saturn’s Dusty Magnetosphere

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A description is given of low-frequency nonlinear dust acoustic waves in Saturn’s dusty magnetosphere, which contains electrons of two types (hot and cold) obeying the kappa distribution, magnetospheric ions, and charged dust particles. For the corresponding conditions, the derivation of the Zakharov–Kuznetsov equation is given, which describes the nonlinear dynamics of dust acoustic waves in the case of low frequencies and a pancake-shaped wave packet along an external magnetic field. It is shown that under the conditions of Saturn’s magnetosphere there exist solutions of the Zakharov–Kuznetsov equation in the form of one-dimensional and three-dimensional solitons. Possible observations of the considered solitons in future space missions are discussed.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. I. Kopnin

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Email: popel@iki.rssi.ru
Russian Federation, Moscow

D. V. Shokhrin

Higher School of Economics

Email: popel@iki.rssi.ru
Russian Federation, Moscow

S. I. Popel

Space Research Institute, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: popel@iki.rssi.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Попель С.И. // Природа. 2015. № 9. С. 48.
  2. Wahlund J.-E., André M., Eriksson A.I.E., Lundberg M., Morooka M.W., Shafiq M., Averkamp T.F., Gurnett D.A., Hospodarsky G.B., Kurth W.S., Jacobsen K.S., Pedersen A., Farrell W., Ratynskaia S., Piskunov N. // Planetary Space Sci. 2009. V. 57. P. 1795.
  3. Yaroshenko V.V., Ratynskaia S., Olson J., Brenning N., Wahlund J.-E., Morooka M., Kurth W.S., Gurnett D.A., Morfill G.E. // Planetary Space Sci. 2009. V. 57. P. 1807.
  4. Sittler Jr. E.C., Ogilvie K.W., Scudde J.D. // J. Geophys. Res. 1983. V. 88. P. 8847.
  5. Barbosa D.D., Kurth W.S. // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 9351.
  6. Koen E.J., Collier A.B., Maharaj S.K., Hellberg M.A. // Phys. Plasmas. 2014. V. 21. P. 072122.
  7. Popel S.I., Zelenyi L.M., Golub’ A.P., Dubinskii A.Yu. // Planetary Space Sci. 2018. V. 156. P. 71.
  8. Голубь А.П., Попель С.И. // Письма ЖЭТФ. 2021.Т. 113. С. 440.
  9. Schippers P., Blanc M., Andre N., Dandouras I., Lewis G.R., Gilbert L.K., Persoon A.M., Krupp N., Gurnett D.A., Coates A.J., Krimigis S.M., Young D.T., Dougherty M.K. // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. P. A07208.
  10. Yeager A. // Nature. 2008. doi: 10.1038/news.2008.1254.
  11. Pécseli H.L., Lybekk B., Trulsen J., Eriksson A. // Plasma Phys. Controlled Fusion. 1997. V. 39. P. A227.
  12. Попель С.И. // Физика плазмы. 2001. Т. 27. С. 475.
  13. Копнин С.И., Косарев И.Н., Попель С.И. // Физика плазмы. 2005. Т. 31. С. 224.
  14. Копнин С.И., Шохрин Д.В., Попель С.И. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. С. 163.
  15. Копнин С.И., Шохрин Д.В., Попель С.И. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 582.
  16. Петвиашвили В.И., Похотелов О.А. Уединенные волны в плазме и атмосфере. М.: Энергоатомиздат, 1989.
  17. Banerjee G., Maitra S. // Phys. Plasmas. 2015. V. 22. P. 043708.
  18. Popel S.I., Kopnin S.I., Kosarev I.N., Yu M.Y. // Adv. Space Res. 2006. V. 37. P. 414.
  19. Rubab N., Murtaza G. // Physica Scripta. 2006. V. 73. P. 178.
  20. Зейтунян Р.Х. // УФН. 1995. Т. 165. С. 1403.
  21. Рыскин Н.М., Трубецков Д.И. Нелинейные волны. М.: URSS, 2021. С. 180.
  22. Кассем А.И., Копнин С.И., Попель С.И., Зеленый Л.М. // Физика плазмы. 2022. T. 48. P. 871.
  23. Sulaiman A.H., Kurth W.S., Hospodarsky G.B., Averkamp T.F., Ye S.-Y., Menietti J.D., Farrell W.M., Gurnett D.A., Persoon A.M., Dougherty M.K., Hunt G.J. // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45. P. 7347.
  24. Kopnin S.I., Kosarev I.N., Popel S.I., Yu M.Y. // Planetary Space Sci. 2004. V. 52. P. 1187.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Characteristic view of one-dimensional solitons propagating at the angle J to the magnetic field: J = 1° - solid curve, J = 3° - dashed curve, J = 5° - dashed curve. The graphs are plotted for three cases of possible dust particle concentrations: nd0 = 10-4 cm-3 (a), nd0 = 10-3 cm-3 (b), nd0 = 10-2 cm-3 (c)

Download (138KB)
3. Fig. 2. Moduli of the amplitudes of the soliton solutions (67) as a function of the characteristic mean dust particle sizes a and the soliton propagation velocity u at J = 5° for nd0 = 10-4 cm-3 (a), nd0 = 10-3 cm-3 (b), nd0 = 10-2 cm-3 (c)

Download (145KB)
4. Fig. 3. Three-dimensional soliton for the cases: nd0 = 10-2 cm-3 (a), nd0 = 10-3 cm-3 (b), nd0 = 10-4 cm-3 (c)

Download (194KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».