Посвящается памяти Юрия Ильича Гальперина. Магнитосферная турбулентность и проецирование аврорального овала на экваториальную плоскость Е.Е.Антонова , М.В. Степанова, И.П. Кирпичев, И.Л. Овчинников, В.В. Вовченко, М.О. Рязанцева, М.С. Пулинец, С.С. Знаткова. - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Магнитосферная турбулентность и проецирование аврорального
14 сентября 2012 г. Юрию Ильчу Гальперину могло бы исполниться 80 лет. Одним из основных направлений его исследований был вопрос о проецировании авроральных доменов на экваториальную плоскость.
1932-2001 Schematic presentation (not to scale) of the magnetospheric tail plasma domain for the midnight meridian cross section and some structural features of the magnetotail, a in the interval of quiet auroras and b during substorm expansion phase according toFeldstein and Galperin (1993).
В магнитосфере Земли Re1010 течение плазмы турбулентного солнечного ветра вокруг магнитного поля Земли приводит к формированию турбулентного следа за обтекаемым препятствием.
Турбулентность плазменного слоя магнитосферы Земли по данным непосредственных измерений в плазменном слое анализировалась в работах Angelopoulos et al. (1992, 1993, 1996, 1999); Borovsky et al. [1997, 1998], Antonova et al. [2000, 2002]; Ермолаев и др. []2000], Овчинников и др. [2000, 2002], Neagu et al. [2001, 2002]; Troshichev et al. [2001, 2002]; Petrukovich and Yermolaev [2002]; Borovsky and Funsten [2003a,b]; Voros et al. [2003]; Volwerk et al. [2004]; Goldstein [2005; Weygand et al. [2005]; Nagata et al. [2008], Stepanova et al. [2005, 2009, 2011a,b], Wang et al.[(2010], Pinto et al. (2011) ets.
Корреляционное время флуктуаций скорости составляет ~2 мин, магнитного поля ~8 мин
[Borovsky et al., 1998]Antonova [2002]
МГД моделирование Результаты МГД моделирования, демонстрирующие формирование турбулентного плазменного слоя [El-Alaoui et al., 2010, 2011]. IMF Bz=-5 nT, nsw=20 cm-3, Vx=500 km/s.
Схема ночной магнитосферы Земли, которую Ю.И. Гальперин нарисовал в 1988-1989 гг. [Зеленый Л.М. из книги «Юрий
Авроральный овал не может проецироваться на турбулентный плазменный слой, так как яркие квазистационарные дуги могут наблюдаться часами почти не меняя свои формы.
Область турбулентности в плазменном слое имеет внутреннюю
границу.
Первые результаты по определению пространственного распределения коэффициента квазидиффузии в плазменном слое были получены в работе Stepanova et al. [Ann. Geop.,
2009] по результатам измерений в проекте ИНТЕРБОЛ
Было показано, что Dyy и Dzz резко уменьшаются при R<10RE.
Статистические результаты, полученные по данным THEMIS подтвердили вывод о падении уровня турбулентности с уменьшением геоцентрического расстояния.
Stepanova et al. [JGR, 2011]
Результаты одновременного определения трех диагональных элементов тензора квазидиффузии по результатам миссии THEMIS от 5 до 30RE. Продемонстрировано резкое уменьшение уровня флуктуаций на геоцентрических расстояниях <10RE.
Внутренняя граница области с высоким уровнем флуктуаций локализована на геоцентрическом расстоянии ~10RE.
Yahnin et al. [2002]Takahashi et al. [1987]
Локализация начала изолированной суббури на геоцентрических расстояниях <10RE
Dubyagin et al. [2003]
Akasofu [1964]
Multiple results of Lui et al. [2008-2012]
Zou et al. [2009]
Nagata et al. [2008] Antonova et al. [2011]
Результаты наблюдений на малых высотах и в экваториальной плоскости, демонстрирующие существование окружающего Землю плазменного кольца
DeMichelis et al. [1999]
Kirpichev and Antonova [2011], Antonova et al. [2012].
Авроральный овал по данным DE-1, Polar, Image и модели авроральных высыпаний
http://www.swpc.noaa.gov/pmap/ http://pgia.ru/ (Vorobjev et al.. [2004-2007])
Усредненные за период 2007- 2011 профили давления плазмы и анизотропии давления на меридианах полдень-полночь и утро вечер в соответствии с
данными миссии THEMIS
Результаты анализа распределения давления горячей магнитосферной плазмы на геоцентрических расстояниях <15RE и текущих в плазме токов показывают, что
область на геоцентрических расстояниях ~<10RE является высокоширотным продолжением кольцевого тока.
[Antonova et al., 2009a,b]
Поперечные токи в окружающем Землю плазменном кольце
Current configuration in the model Sitnov and Tsyganenko [2008] (Ukhorskiy, private communication)
Liemohn et al. [2011]
Кольцевой ток имеет высокоширотное продолжение до магнитопаузы в дневные часы – разрезной кольцевой ток (CRC).
Магнитное поле в долях хвоста < 20 нТл. Данные многочисленных наблюдений свидетельствуют в пользу соблюдения баланса давления в плазменном слое хвоста магнитосферы Земли (Michalov et al. [1968], Stiles [1978], Spence et al. [1989], Tsyganenko [1990], Baumjohann et al. [1990], Kistler et al. [1993], Petrukovich [1999], Tsyganenko and Mukai [2003]). Давление плазмы в хвосте <0.16 нПа. Данная область локализована на геоцентрических расстояниях >15RE.
В силу изотропии давления на авроральных широтах давление плазмы в авроральном овале значительно превышает давление в плазменном слое. Окружающее Землю плазменное кольцо является источником авроральных
частиц.
Выводы:•Результаты анализа турбулентности плазменного слоя и распределения давления плазмы в экваториальной плоскости позволяют уточнить картину проецирования авроральных доменов на экваториальную плоскость.•Окружающая Землю на геоцентрических расстояниях от ~7 до 10-13RE плазменная популяция имеет вид кольца, в котором поперечные токи замкнуты внутри магнитосферы и образуют высокоширотное продолжение кольцевого тока (CRC).•Взрывная фазы изолированной суббури начинается внутри CRC, что позволяет рассматривать магнитосферную суббурю как часть динамики высокоширотного продолжения кольцевого тока. •Соотношение выделяемого по результатам наблюдений в ночные часы CPS и окружающего Землю плазменного кольца окончательно не определены. Однако, проведенный анализ свидетельствует о возможности рассмотрения CPS в качестве части кольца.
Благодарю за внимание
Energy flax for aurora of I class of luminosity constitute 0.6 erg/cm2s (Akasofu and Chapman, 1972 ), threshold of auroral imagers ~0.5 erg/cm2s. Energy flux of plasma sheet particle precipitation if field-
aligned potential drop =0 keV 5.0 ,cm 15.0 if
s,erg/cm 6.03.0/23-
22/12/12/30*
e
eee
Tn
mTn
is lower than the threshold of ground-based and auroral imager observations. 1-2 order of magnitude increase of energy flux takes place in the region of upward field-aligned currents due to the appearance of field-aligned potential drops
Auroral oval observations give the picture of upward field-aligned currents
2* /115.0 eTe
Iijima and Potemra [1976]
Three regions of upward field-aligned current with different dynamics mainly create the picture of auroral oval:Region 2 upward field-aligned currents at the morning,Region 1 upward field-aligned currents at the evening, andRegion 1/Region 2 overlapping from ~22h to ~0h (the region of isolated substorm development). .
The reasons leaded to the suggestion that the auroral oval is the result of plasma sheet mapping to the ionospheric altitudes:
Akasofu [1964]
1. Hones [1979] model of substorm onset was the most popular model.
2. Mapping of strait line using Tsyganenko models at the ionospheric altitudes gives horseshoe structure.