Эффекты магнитного пересоединения в Токовом Слое ближнего хвоста по данным спутников Cluster и DSP.

Григоренко Е.Е.1, Зеленый Л.М.1, Колева Р.2, Сово Ж.-А.3

1Институт космических исследований РАН, Москва, Россия2ИКСИ БАН, София, Болгария3IRAP, Тулуза, Франция

Магнитное пересоединение в ближнем хвосте. Эффекты в окрестности ТС:

С земной стороны от X-линии:• диполизация магнитного поля (+δBZ)• быстрые конвективные потоки плазмы, движущиеся к Земле (BBFs) Со стороны хвоста:• южное направление Bz• движение плазмоида от Земли

(Baumjohann et al., 1989;1999; Angelopoulos et al., 1992; Sergeev et al., 1993; 2003; Nagai et al., 1998; Petrukovich et al., 1998; Nagai et al., 2001; Runov et al., 2003 и т.д.)

• Утоньшение и бифуркация ТС• Квадрупольная структура BY

Cluster and DSP at close Y

Cluster: поток плазмы от Земли, VX ~ -500 км/с BZ < 0

DSP: поток плазмы к Земле, VX ~ 900 км/с BZ > 0

Наблюдения Cluster и DSP на близких Y-координатах (ΔY < 1 Re)

Признаки пересоединения междуспутниками

Наблюдения Cluster

Характерные масштабы:ΔY ~ 0.2 Re; ΔZ ~ 0.13 Re

Поворот YZ ~ на 300

Квадрупольная структура BY.

В окрестности магнитной X-линиинаблюдается квадрупольная структураBY, обусловленная Холловскими токами, вытекающими из области пересоединения (Nagai et al., 2001;2003;Runov et al., 2003)

Структура Токового Слоя (ТС).

Предположение: слой Харриса (максимальная плотность тока в НС) линейный градиент ΔBX/ΔZ

L ~ 2·ΔZ·BX0/ΔBXBX0 – магнитное поле вне слоя (5 нТ)ΔZ - расстояние между парой спутников; ΔBX – разность напряженностей магнитного поля

Толщина ТС сравнима с расстоянием между спутниками ~ 0.1 Re(Runov et al., 2002; Nakamura et al., 2002; Sergeev et al., 2003)

Максимум продольного тока сдвинут к нейтраль-ной плоскости по отноше-нию к максимуму перпен-дикулярного тока.

Потоки ионов, ускоренных перпендикулярно и параллельно МП.Наблюдения Cluster-1.Cluster-1 and -4 (bad data) are closest to the NS.

Cl-1 начинает наблюдать сильный поток плазмы движущийся в хвост перпендикулярно МП в 03:43:05 UT

Параллельный потокначинает наблюдаетсяс 03:47:26 UT по 03:49:55 UT.В середине интервала поток ускоренных ионов движется в хвост

параллельно МП Изменения характера движения являются временными, а не пространственными.

Распределение параллельной скорости ионов относительно BX указывает на то, что наблюдаемые изменения происходят во времени, а не в пространстве.

Параллельный поток ионов всегда двигался от Земли. Длительность его наблюдения составила ~ 2.5 мин.

Сравнение наблюдений Cluster-1 and -3 observations.

~03:43:30 – 03:47:10 UT: оба s/c приближаются к НС и наблюдают перпендикулярный поток от Земли. ~03:47:10 – 03:48:15 UT оба s/c наблюдают параллельный поток от Земли, причем как в ПС, так и вблизи НС~03:48:15 – 03:50 UT Cl-1 наблюдает параллельный поток от Земли, находясь ближе к НС, чем Cl-3, который наблюдает перпендикуляр- ный поток от Земли! Наблюдения ускоренных потоков на Cl-3 прекращается раньше чем на Cl-1 (в ~ 03:49:46 UT), что возможно связано с выходом во внешний ПС.

Наблюдения DSP

Parallel flow in PSperpendicular flow closer toNS

Начало регистрации параллельного потока в~ 03:43:30 UT, что на~30 с позже, чем Cluster.

Источник (X-линия) наX ~ -14 – -16 Re.

Силовые линии внешнегоПС не вовлечены в процесспересоединения.

DSP в южном ПС

2 популяции ионов:поток к Земле VX ≥1000 км/си фоноваягорячая плазма

Наземные наблюдения.FCC

PBQ

BLCDSP

Заметных вариаций в геомагнитном поле не наблюдалось

PBQ FCC

10 nT

BLC

Амплитуда вариаций горизонтальнойкомпоненты МП на станциях PBQ и FCC (близкие по широте к проекцииDSP) ~ 10 нТ.

Вариация H - компоненты МП на BLC (близкий меридиан и меньшая широта)- менее 5 нТ

Результаты наблюдений

Одновременные измерения Cluster и DSP в ЦПС и вблизи ТС хвоста показали:

• Возможное наличие области магнитного пересоединения на X~ -14 - -16 Re и связанные с ним эффекты: - утоньшение ТС (до ~ 0.1 Re) - бифуркацию ТС - эпизодическое наблюдение квадрупольной структуры BY

(1-2 мин).

• Процесс имел нестационарный характер: - «перемежаемость» потоков ускоренных ионов, движущихся перпендикулярно и параллельно МП во времени и в пространстве.