DEPENDING ON MAGNETIC ACTIVITY GLOBAL DISTRIBUTION OF

PRECIPITATING IONS: DMSP F6 AND F7 SPACECRAFT

OBSERVATIONS

Vorobjev V.G., Yagodkina O.I., Katkalov Yu.V.

Polar Geophysical Institute, Apatity, Murmansk region

PLASMA - 2014

Для исследования характеристик протонных высыпаний использовалась созданная нами ранее по наблюдениям спутников DMSP F6 и 7 база данных за 1986 г., содержащая около 35000 пересечений спутниками областей авроральных высыпаний во всех секторах местного геомагнитного времени. Для каждого пролета спутника в базе данных содержится информация о характеристиках электронных и ионных высыпаний, уровень геомагнитной активности, состояние межпланетной среды, фаза суббури и т. д. При обработке данных с целью увеличения статистической значимости результатов все пролеты были объединены в 3-х часовые интервалы MLT. Основной задачей исследований являлось получение в каждом 3-х часовом интервале регрессионных соотношений, связывающих характеристики высыпаний с уровнем магнитной активности. В качестве меры магнитной активности использованы Dst и AL индексы, которые дают достаточно полную информацию об интенсивности геофизических процессов, происходящих в магнитосфере и ионосфере Земли. Так как спутники пересекают область высыпаний в течение 3-5 мин, для анализа использовались 5 мин значения AL индекса.

The auroral electron precipitation boundaries for AL=-200 nT, Dst=-20 nT

DAZ- diffuse auroral zoneAOP- auroral oval precipitationSDP- soft diffuse precipitation

Apatity

Geomagnetic coordinates Geographic coordinates

3

(APM, http://apm.pgia.ru/)

Положение экваториальной границы высыпаний (DAZeq) в утреннем и вечернем секторах

0300-0600 MLT 1800-2100 MLT

Сплошные линии - граница ионных высыпаний, штриховые линии - электронных. Отрезками вертикальных линий отложена половина среднеквадратичного отклонения.

В утреннем секторе экваториальная граница электронных высыпания располагается на 3–4° ниже границы ионных высыпаний. В вечернем секторе границы располагаются примерно на одних и тех же широтах при всех уровнях магнитной активности. В спокойные периоды экваториальная граница ионных высыпаний располагается примерно на одинаковых широтах в утренние и вечерние часы MLT. Однако с ростом магнитной активности граница ионных высыпаний смещается к экватору значительно быстрее в утреннем секторе. При высоком уровне магнитной активности наблюдается асимметрия утро–вечер в широтном положении экваториальной границы высыпаний.

0 -200 -400 -600 -800 -1000

Ф '

AL0 - 2 0 0 - 4 0 0 - 6 0 0 - 8 0 0 - 1 0 0 0

5 2

5 6

6 0

6 4

6 8

7 2Ф '

b1i

b1e

0 -200 -400 -600 -800 -1000

52

56

60

64

68

72

0 -200 -400 -600 -800 -1000 A L

Ф ' Ф '

Положение приполюсной границы диффузных высыпаний и границы изотропизации b2i. в утреннем и вечернем MLT секторах в зависимости от

величины AL индекса.

Сплошные линии - граница изотропизации b2i, штриховые линии - DAZpol.

0300-0600 MLT 1800-2100 MLT

b2i

b2e

Полярная граница DAZ (b2e), являясь одновременно и экваториальной границей области АОР, статистически совпадает с экваториальной границей овала сияний и в проекции на экваториальную плоскость магнитосферы отождествляется с началом или внутренним краем центрального плазменного слоя. Широта границы b2i ионных высыпаний определена как граница изотропизации, которая в хвосте магнитосферы соответствует околоземному краю токового слоя. Эта граница по данным спутников серии DMSP определяется по широте максимума потоков высыпающихся ионов с энергиями выше 3 кэВ.

AOP

DAZ

56 60 64 68 72 76 80

0

10

20

30

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1Fi, эрг.см 2с Fe, эрг.см 2с

Широтные распределения максимальных потоков энергии высыпающихся ионов (сплошные линии) и электронов (штриховые

линии) в вечернем секторе.

ions electrons

CGL, deg

Рисунок наглядно свидетельствует о пространственном разделении максимумов потоков энергии электронных (Fe) и ионных (Fi) высыпаний. Наибольшие потоки ионов наблюдаются на широтах 60–65° CGL, а электронов – на широтах 65–74° CGL.

Распределения построены вне зависимости от уровня магнитной активности, которая, однако, была ограничена значениями AL > –1000 нТл.

При совпадении границ максимумы потоков электронов и ионов могут располагаться на разных широтах.

0

0.1

0.2

0.3

0.4Fi, erg/cm 2s

0 6 12 18 24

0

100

200

300

400F i/F e, %

AL= -200 nT

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 6 12 18 24

0

100

200

300

400

M LT

AL= -1000 nT

AOP

DAZ

SDP

Планетарное распределение потоков энергии ионов (Fi) в различных зонах высыпаний и величина отношения Fi/Fe

Потоки энергии высыпающихся ионов не превышают 0.4 эрг/см2с при AL ~ -1000 нТл, как в утреннем, так и в вечернем секторах.

The maximum ion fluxes occur in the DAZ in the afternoon and the ratio gains about in 4 times when the magnetic activity increases from AL= -50 nT up to AL= - 1000 nT. In AOP the contribution of ion fluxes decreases with the increasing activity.

Планетарное распределение потоков высыпающихся ионов и отношений потоков энергии ионов к потокам энергии электронов

AL=-200 нТл, Dst=-5 нТл AL=-1000 нТл, Dst=-50 нТл

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0

0

4

8

1 2

|A L |, n T

W i/W e, %

Отношение планетарной мощности ионных высыпаний к электронным в зависимости от уровня магнитной активности

Сопоставление с моделью электронных высыпаний показывает, что планетарная мощность ионных высыпаний при низком уровне магнитной активности (|AL|=0-50 нТл) составляет ~14% от мощности высыпания электронов и экспоненциально уменьшается до ~4% при |AL|>1000 нТл.

Расчет проводимостейFor electrons, we use the parameterization proposed by Robinson et al., 1987 where the Pedersen and Hall conductances induced by an incident electron beam are in Siemens, the electron incident energy flux is in mW/m2, and the electron incident mean energy <Ee> is in keV, between 0.5 and 20.

For protons the parameterization proposed by Galand and Richmond, 2000 was used.

The conductances induced by a combined electron-proton precipitation can be computed in applying a root-sum-square.

Планетарное распределение проводимостей за счет ионных высыпаний

AL=-200 нТл, Dst=-5 нТл AL=-1000 нТл, Dst=-50 нТл

Холловская

Педерсеновская

Планетарное распределение проводимостей за счет ионных и электронных высыпаний

AL=-200 нТл, Dst=-5 нТл AL=-1000 нТл, Dst=-50 нТл

Холловская

Педерсеновская

Планетарное распределение давления плазмы

AL=-200 нТл, Dst=-5 нТл AL=-1000 нТл, Dst=-50 нТл

ВЫВОДЫ

По наблюдениям спутников DMSP F6 и F7 создана модель ионных высыпаний и подробно

изучены сравнительные характеристики ионных и электронных высыпаний в утренних и

вечерних секторах MLT. Показано, что в вечернем секторе положение границы электронных и

ионных высыпаний примерно совпадают при всех уровнях магнитной активности, однако

широтное распределение потоков энергии свидетельствует о пространственном разделении

положения максимумов для электронов и ионов. Наибольшие потоки энергии ионов

наблюдаются на экваториальном крае, а электронов – на приполюсном крае высыпаний. В

утреннем секторе область электронных высыпаний шире области высыпания ионов и

протягивается относительно последней на 3–4° в более низкие широты. Граница

изотропизации в вечернем секторе при всех уровнях магнитной активности находится в

области диффузных высыпаний DAZ около ее приполюсного края, в то время как в утреннем

секторе – в области структурированных высыпаний АОР. Так как граница изотропизации

определяется топологией магнитного поля, то асимметрия утро-вечер в положении этой

границы и во взаимном расположении электронных и ионных высыпаний свидетельствует о

соответствующей асимметрии магнитного поля в хвосте магнитосферы.

THANK YOU FOR YOUR ATTENSION!

По данным прямых измерений спутников серии DMSP создана модель ионных высыпаний. Модель показывает планетарное распределение средних энергий и потоков энергии ионов в зависимости от уровня магнитной активности, выраженной величинами AL и Dst индексов. Сопоставление с моделью электронных высыпаний показывает, что планетарная мощность ионных высыпаний при низком уровне магнитной активности (|AL|=0-50 нТл) составляет ~14% от мощности высыпания электронов и экспоненциально уменьшается до ~4% при |AL|>1000 нТл.