Three-dimensional Dynamics of the Earth’s Radiation Belt Protons During the Magnetic Storm

Abstract

The non-stationary three-dimensional mathematical model describing evolution of proton distribution function is offered. The distribution of the radiation belt protons on the dayside of the Earth’s magneto- sphere during the magnetic storm is studied. The temporal and spatial evolution of the proton phase space densities in a dipole field is calculated using a three-dimensional model, considering radial, pitch angle and energy diffusions. The loss terms are described due to charge exchange and wave-particle interac- tions. The simulation starts with a quiet time distribution. The model is tested by comparing calculated proton fluxes with Polar/MICS measurement during the magnetic storm on 21–22 October 1999 and with AMPTE/CCE measurement during the magnetic storm on 2 May 1986. The good consent of the model pitch angle distributions of protons with the experimental data is received

Предложена нестационарная трехмерная математическая модель, описывающая эволюцию функции распределения протонов. Исследовано распределение протонов радиационных поясов на дневной стороне магнитосферы Земли во время магнитной бури. Временная и пространственная эволюция плотностей фазового пространства протонов в дипольном магнитном поле вычисля- ется, используя трехмерную модель, рассматривающую радиальную, по питч-углам и по энер- гии диффузии. Выражения потерь описываются вследствие обмена зарядами и взаимодействий волна-частица. Моделирование начинается с распределения магнитоспокойного времени. Модель тестируется сравнением вычисленных потоков протонов с измерением на спутнике Polar/MICS во время магнитной бури 21–22 октября 1999 года и с измерением на спутнике AMPTE/CCE во время магнитной бури 2 мая 1986 года. Получено хорошее согласие модельных питч-угловых распределений протонов с экспериментальными данными