СТРУКТУРА ИОНОСФЕРЫ СТРУКТУРА ИОНОСФЕРЫ В ОБЛАСТИ В ОБЛАСТИ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО

ДЖЕТАДЖЕТА

М.Г. ДёминовМ.Г. ДёминовИЗМИРАН, г.Троицк, Московская областьИЗМИРАН, г.Троицк, Московская область

20020088

Поляризационный джет (PJ) – интенсивный направленный на запад дрейф плазмы ( 1 км/с до 4-5 км/с по спутниковым данным) в узкой полосе широт (от менее чем 10 до 2-30) вытянутой в зональном направлении.

Он возникает на субавроральных широтах в вечерние и околополуночные часы в период роста геомагнитной активности.

PJ был открыт Гальпериным и др. (1973).PJ называют также субавроральным ионным

дрейфом (SAID) (Spiro et al., 1979) и он ассоциируется с субавроральным электрическим полем (SAEF) (Karlson et al., 1998).

Цель работы – анализ изменений в ионосфере связанных с поляризационным джетом.

Частота появления Частота появления PJ PJ по данным спутника по данным спутника AstridAstridFigueiredo S., Karlsson T., Marklund G.T. // Ann. Geophys. 22, 923-934, 2004.

Figueiredo S., Karlsson T., Marklund G.T. // Ann. Geophys. 22: 923-934, 2004.

Пример наблюдения поляризационного джета на ИСЗ Пример наблюдения поляризационного джета на ИСЗ DE-B DE-B 27.03.1982, 22.28-22.29 MLT, 27.03.1982, 22.28-22.29 MLT, высотавысота 300-308 300-308 км км

Anderson et al. // J. Geophys. Res., 106, Anderson et al. // J. Geophys. Res., 106, 2958529585, 2001, 2001

9

1 0

11Io

n de

nsit

ylg

( N

i , m

-3 )

1 0

11

lg (

Ne ,

m-3

)

5 8 6 0 6 2 6 4 6 6In v a rian t la titu d e , (d eg re es)

-3-2-10

Ees

twar

d dr

ift

Vi ,

кm

/sN O +

O +

Пример наблюдения PJ |Vd| = 3.6 км/с,

и связанного с ним пика температуры ионов

Ti = 5000 K,увеличения температуры электронов

Te = 2700 K,уменьшения концентрации электронов

Ne = 1.7 104 см-3

со спутника DE-B на высоте 315 км в 94 день 1982 г. в 21 MLT

со спутника DE

Moffett et al. // Ann. Geophys. 16, 450-459 (1998)

Параметры ионосферы по данным НРР EISCAT9-10 апреля 1990 г. в 24.25 UT,

когда электрическое поле EN достигало 225 мВ/мSt-Maurice et al. // Ann. Geophys. 17, 1182-1198, 1999.

Форма плазмопаузыФорма плазмопаузы ((IMAGE)IMAGE)

Spasojevic et alSpasojevic et al..// J. Geophys. Res. // J. Geophys. Res. 108108. № A9. P. 1340. № A9. P. 1340 , 2003, 2003

Формирование поляризационного джета в предполуночные часы связано с цепочкой процессов в магнитосфере и ионосфере: 1. Увеличение электрического поля на субавроральных широтах из-за смещения к Земле внутренней границы плазменного слоя в период роста геомагнитной активности (магнитосферный процесс) (Southwood, Wolf, 1978; Harel et al., 1981; Senior, Blanc, 1984).2. В области увеличения электрического поля продольный ток направлен направлен вниз в ионосферу и это приводит к уменьшению ионосферной проводимости (ионосферный процесс) (Ляцская и др., 1978; Дёминов и др., 1979; Ляцкий, Мальцев,, 1983)3. Уменьшение ионосферной проводимости приводит к дальнейшему увеличению электрического поля, до значений характерных для поляризационного джета (магнитосферный и (Дёминов, Шубин, 1989)

Частичный кольцевой ток (с учетом высыпаний протонов, создающих продольный ток, и токов в ионосфере) также может быть причиной джета (Трахтенгерц, Демехов, 2005)

1. Уравнение для электрического поля:

–{ P (b(Eb)) – H (Eb) ] = JIIb = – (M (Eb)), (1)

где

b = B/B, P = (1/2) (PN + PS) , H = (1/2) (HN + HS),

M = (1/2) c e nT / B0 , nT = B0 (ni/B)ds .

Свойства Свойства EE в области поляризационного джета, где в области поляризационного джета, где MM >> >> HH,

в коорд. – магнитная коширота, = (/12) MLT – местное время

при фиксированных M и электрическом поле в полярной шапке

E P const ,

E const ,

JIIb (1/R0) (M/) E const

2

4

P ,

(1/O

hm)

5 0

1 0 0

M ,

(1/O

hm)

Q u ie tD is tu rb ed

2 5 2 6 2 7 2 8M ag n e tic co la titu d e , (d eg ree s)

0

2 0

4 0

6 0

Pol

ewar

d el

. fie

ldE

N ,

(mV

/m)

Equinox, 22 M LT

2.1. Ионосферные процессыNi/t + (Ni Va)/z + a (VE )Ni = qi – li + (Pi/P) JII

b/e

гдеa = 1/(1 + (in/i)

2) , VE = (EB)/B2

2

4

P ,

(1/O

hm)

5 0

1 0 0

M ,

(1/O

hm)

2 5 2 6 2 7 2 8M ag n e tic co la titu d e , (d eg ree s)

4 0

8 0

1 2 0

1 6 0

Pol

ewar

d el

. fi

eld

EN

, (

mV

/m)

Equinox, 22 M LT

2.2. Ионосферные процессыНагрев:Ti = Tn + mn U

2/3kB (для высот ниже 400 км)

где U2= (Vi – Vn)

2 = (E*/B)2/(1 + (i/i)2) ,

E* = E + (Vn B)

Скорость рекомбинации O+ :O+ + N2 NO+ + N, kk11

O+ + O2 O2+ + O, k2

l(O+) = N(O+), = k1N(N2) + k2N(O2)

kj = kj(Teff)

Teff = (miTn + mnTi + mimnU2/3kB) / (mi+mn)

Температура электронов Te , ионов Ti и концентрация электронов Ne в области поляризационного джета (сплошные линии) и для фоновых условий (штриховые линии)

0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0T , K

2 0 0

3 0 0

4 0 0

h , к м

3 4 5lg (N e , см -3)

T e T i

Зависимость коэффициентов реакций от температуры Teff

1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0T e ff , K

1 0

2 0

3 0

k j , 1 0 -1 2 см -3 c -1

k 1 k 2 / 1 0 = k 1 n (N 2) + k 2 n (O 2)

T eff = ( m iT n + m nT i + m im nU 2 /3 k B ) / (m i+ m n )

O + + N 2 N O + + Nk 1

O + + O 2 O 2+ + O

k 2

Ионный состав в области поляризационного джета1 - фоновые условия без джета2 - начальная стадия (EN = 50 мВ/м, плюс эффект JII)3 - поляризационный джет (EN = 150 мВ/м и JII)

++ - данные об ионном составе со спутника DE-B

2 3 4 5lg ( N i , см -3 )

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

h , к м

2 3 4 5

12 13

M +

M + O +

O +

The example of observation of the polarization jet at the satellite DE-B (Anderson et al., 1991): 27.03.1982, 22.28-22.29 MLT (02:58:30-03:00:30 UT ), altitude 300-308

km

9

1 0

11Io

n de

nsit

ylg

( N

i , m

-3 )

1 0

11

lg (

Ne ,

m-3

)

5 8 6 0 6 2 6 4 6 6In v a rian t la titu d e , (d eg re es)

-3-2-10

Ees

twar

d dr

ift

Vi ,

кm

/sN O +

O +

Температура электронов Te , ионов Ti и концентрация электронов Ne в области поляризационного джета (сплошные линии) и для фоновых условий (штриховые линии)

0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0T , K

2 0 0

3 0 0

4 0 0

h , к м

3 4 5lg (N e , см -3)

T e T i

Параметры ионосферы по данным НРР EISCAT9-10 апреля 1990 г. в 24.25 UT,

когда электрическое поле EN достигало 225 мВ/мSt-Maurice et al. // Ann. Geophys. 17, 1182-1198, 1999.

Зависимость инвариантной широты среднеширотного Зависимость инвариантной широты среднеширотного (главного) ионосферного провала Ф(главного) ионосферного провала ФТ Т в главную фазу магнитной в главную фазу магнитной

бури от магнитного поля кольцевого тока бури от магнитного поля кольцевого тока DRDR((Деминов, Карпачев, Афонин, АннакулиевДеминов, Карпачев, Афонин, Аннакулиев// // Геомагнетизм и аэрономия, Геомагнетизм и аэрономия, 3535, №6, 1995), №6, 1995)

0 -100 -200DR , nT

45

55

65

0 -100 -200D R , nT

1 8-22 M L T 02 -04 M L T

Ф T

Eastward sub-auroral ion drifts or ASAIDEastward sub-auroral ion drifts or ASAIDVoiculescu, RothVoiculescu, Roth// // Ann. Geophys., 26, 1955–1963, 2008Ann. Geophys., 26, 1955–1963, 2008

21 21 September 2003September 2003

12 October, 200312 October, 2003