ИКИ, 02/2010 СВОДКА НЕДАВНИХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИПОЛИЗАЦИЙ И ИНЖЕКЦИЙ ПЛАЗМЫ В ХВОСТЕ МАГНИТОСФЕРЫ В ПРОЕКТЕ THEMIS В. Сергеев, С. Дубягин, М. Кубышкина, С. Апатенков (СПбГУ), В. Ангелопоулос, А. Рунов (UCLA), Е. Панов (IWF, Graz)

ИКИ, THEMIS 2010-… - hjmn -

ИКИ, THEMIS 2010-… - hjmn -

ИКИ, THEMIS 2010-… - hjmn -

ИКИ, ДИПОЛИЗАЦИИ И ИНЖЕКЦИИ ПЛАЗМЫ В ХВОСТЕ МАГНИТОСФЕРЫ Струйные транзиентные потоки (BBF) : Принципиальные вопросы Турбулентность или структуры? Характеристики фронтов? Торможение во внутренней магнитосфере? Энтропия инжектированной плазмы? BBF и начало взрывной фазы суббури Темы сообщения 1. Распространение BBF в плазменном слое с сохранением структуры, торможение во внутренней магнитосфере 2. Кинетическая структура фронта инжекции 3. Термодинамические характеристики BBF 4. Последовательность/механизм начала ВФ суббури/аврорального брейкапа Пересоединение BBF авроральный брейкап

ИКИ, BX BY BZ Распространение BBF в плазменном слое Runov et al., GRL 2009, L14106; Planet..Space Sci BBF - индивидуальная среднемасшт. структура, сохраняется на масштабе минут; область взаимодействия - V transp ~ Vxp (до фронта) ; - BZ, T N, P, PV недогруженные трубки (plasma bubbles); -Турбулентность внутри BBF; - Vx~300 km/s – VA?? Пересоединение во вложенном ТТС на замкнутых силовых линиях?

ИКИ, Среднестатистический BBF Generic BBF in CPS (Ohtani et al, 2004, Geotail 818 CPS events) T 0 T ons T postDip Compression / Dipolarization phase phase BBF диполизация plasma bubble

ИКИ, Торможение BBF Panov et al., JGR 2009, in press - рой спутников r ~10-14Re, техника карт скорости - прохождение BBF р1 р2 р3 - рост давления в более широкой области, торможение BBF - возвратное течение и обтекание (V y ) внутренней области); вихри скорости P3 P2 P1 P5 P4

ИКИ, Первое детальное наблюдение границы инжекции (границы BBF\диполизации), распространяющейся с торможением на периферии квазидипольной области (Sergeev et al., GRL 2009, Zhou et al., GRL 2009) Themis 3 SC at 9…11Re геометрия, масштаб и свойства границы микроструктура и волновые явления Кинетическая структура фронта инжекции

ИКИ, Feb.23,2008 event f : Sharp Dipolarization Front (SDF) Time delay P3,P4 P5 dt=53sec, Earthward propagation Vx~220km/s from 11.3Re 9.5Re Prior to SDF Vix~200km/s at P3, P4, Vix~70km at P5, propagtion with plasma, flow braking MVA normals SC 2/ 3 N N3 R P [0.95; 0.04; 0.30] [-11.3; 1.7; -2.7] gsm P [0.93; 0.09; 0.34] [-11.1; 2.6; -2.8] gsm P [0.94;-0.21; 0.24] [ -9.3 ; 1.3; -2.6] gsm SDF duration (peak-to-peak Bz increase) ~4sec at P4, P5, ~7sec at P3. Front thickness 220km/s * 4sec =

ИКИ, Spacecraft P5 (9.3Re) : Sudden change of particle distributions at Sharp Dipolarization Front (in one spin) energization of both p, e electrons: field-aligned bi-directional before SDF (at P3,P4,P5), stay bi-directional at P3,P4, at P5 change to pancake (energetic) + bidirectional (low energies) after SDF SDF – particle features Pitch- angles Equatorial angles

ИКИ, Spacecraft P5 (9.3Re) : Sharp temperature boundary protons (looking ~ B) : nice Zigzag pattern with complementary patterns at high/low energies; size ~ W p 1/2 - finite gyroradius effect of sharp temperature boundary co-located with TCS Remote sensing of Earthward-moving temperature boundary: Vx ~ 2rci / t ~ 2*760km/15s ~100km/s - consistent with ion velocity Vx~80km/s (measured in front of SDF). Ion (finite gyroradius) pattern at SDF Equatorial angles Cold Energetic /dense /low-density 2 r ci TCS E,keV

ИКИ, Substructure of the thin current sheet : 2 outer Themis spacecraft Electrons take ~2sec for complete replacement cold hot population at P3,P4; Deep density depletion (from probe 1,2 potential Vp) colocated with : Very intense E-field ~40-60mV/m in the spin plane (Esp) which have the wave/bursts time scale of 100 msec, about Low Hybrid timescale (f LH ~13Hz) f LH 2 = fpi 2 fce 2 (fpe 2 + fce 2 ) -1 Zoom of TCS and energization boundary (within 1 spin timescale) Energization Boundary Density Depletion(s) Intense E TCS one 3s spin

ИКИ, Свойства фронта диполизации Zhou et al.,GRL Холловское Е на фронте (~обобщ. з-н Ома) - Интенсивная волновая активность, от LH волн до ECH волн за фронтом

ИКИ, Первые детальное наблюдения границы инжекции (границы BBF) на периферии квазидипольной области Themis 3 SC at 9…11Re Фронт диполизации на экваторе – перемещающаяся с плазмой долгоживущая (минуты) пространственная граница: вертикальный токовый слой толщиной ~1-2 ионного микромасштаба, -- TD ? совпадает с тонкой температурной границей (толщиной ~400 км) двух плазм (p,e), фоновой (cold/dense) и инжектированной (горячая разреженная плазма, plasma bubble) интенсивные Е-всплески в кавернах плотности LH масштаба на температурной границе (сходство с LHCavities), Следствие резкой температурной границы? Роль в ускорении частиц? прочие волны … Кинетическая структура фронта инжекции

ИКИ, ДИПОЛИЗАЦИИ И ИНЖЕКЦИИ ПЛАЗМЫ В ХВОСТЕ МАГНИТОСФЕРЫ Струйные транзиентные потоки (BBF) : Принципиальные вопросы Турбулентность или структуры? Торможение во внутренней магнитосфере? Энтропия инжектированной плазмы? Характеристики фронтов? BBF и начало взрывной фазы суббури Природа (движения) во внутреннюю магнитосферу? Термодинамические характеристики плазмы BBF (доклад С. Дубягина)

ИКИ, BBF и начало взрывной фазы суббури Струйные транзиентные потоки (BBF) : Принципиальные вопросы Турбулентность или структуры? Характеристики фронтов? Торможение во внутренней магнитосфере? Энтропия инжектированной плазмы? BBF и начало взрывной фазы суббури P4 : NS control, incl. BBF & RW P5 : lobe CD control Minimal Ideal Coverage Breakup : azimutha l control Minimal Ideal Coverage

ИКИ, BBF и начало взрывной фазы суббури - Идеальная конфигурация SC - Предв. фаза: GP1(30мин) рост тока + утоньшение ПС; - GP2 (15мин) –быстрый рост ТТС (LH ~0.15Re), в центре |B|, Bz

ИКИ, Начало взрывной фазы - SC на долготе брейкапа -задержки: брейкап+электроджет 14Re 11Re 6.6Re BBF

ИКИ, BBF и начало взрывной фазы суббури Процесс взрыва установлен в ТТС на r>14Re - задержки, проектирование -падение Те за фронтом диполизации (источник плазмы – во внешних трубках ПС), Среднемасштабные структуры типов BBF, TCR, CD, NFTE -Проявления/отображение одной и той же плазменной структуры, видимой из разных точек наблюдения, -Волновые формы вариаций Вx,Bz,Ey,Vz в долях (P5) интерпретируются моделью импульсного пересоединения

ИКИ, BBF и начало взрывной фазы суббури Среднемасштабные структуры типов BBF, TCR, CD, NFTE -Проявления/отображение одной и той же плазменной структуры, видимой из разных точек наблюдения (Z) -Волновые формы вариаций Вx,Bz,Ey,Vz в долях (P5) соответствуют прогнозу модели импульсного пересоединения; расстояние до области пересоединения ~ 5-10Re - из Sharma et al.(2008) P5

ИКИ, В заключение … 2009 THEMIS : Струйные транзиентные потоки (BBF) Турбулентность или структуры? Характеристики фронтов? TCS/TD/… Торможение во внутренней магнитосфере? Энтропия инжектированной плазмы? (bubbles) BBF и начало взрывной фазы суббури Область генерации брейкапа TCS Пересоединение BBF авроральный брейкап ICS-10 AR/THEMIS РЕЗОНАНС RBSP / ORBITALS

ИКИ, 02/2010 Спасибо за внимание !

ИКИ, Example of multiple injections: P3,P4,P5 triangle in XY plane near Neutral Sheet Steady Earthward P, B : SC are at the periphery of dipole-like region 5 distinct Dipolarizations (DIP), basic features : Plasma (and total) pressure generally increase during DIP events; also pressure dropped (for short time) in many cases (bubbles) Generally density & pV decrease inside DIPs; less pronounced at the inner SC HE particle flux increases at DIP fronts (dispersionless) Later - zoom in : event f Example of Dipolarizations at the periphery of dipole-like region – general properties

ИКИ, Substructure of the thin current sheet : Electrons take ~2sec for complete replacement of population (energization) at P3,P4; Large density depletion (from probe1,2 potential Vp) colocated with : Very intense E-field ~40-60mV/m in the spin plane (Esp) which have the wave/bursts time scale of 100 msec, about Low Hybrid timescale (f LH ~13Hz) Nearly same structure in the flow braking region (P5) but with smaller depletion and longer electron energy change: Density depletion + intense LH E-field resemble the (weaker!) LH Cavities previously studied in strong B low-altitude region Zoom of TCS and energization boundary (within 1 spin timescale)

ИКИ, Individual injection – zoom in.. SDF – a thin spatial structure of ~ km, here observed near PS equator At the discontinuity : strong E up to 60mV/m sitting upon Bz peaks ; SC potential drops; ESA spectra change in

ИКИ, Auroral signature of Dipolarization Front Break Up at ~2107 UT (Polar UVI, TV Loparskaya): followed by poleward and Equatorward auroral expansion Image of turbulent Dipolarization - enhanced diffuse aurora with considerable structure distinct EQ boundary but not outlined by bright auroral form ; (Sergeev et al.,JGR 2010)

ИКИ, Auroral signatureof Dipolarization –mapping Adapt T96 model to Themis P2/P5 external B-fields, compare to T96sw Importance of accurate mapping, footpoint variations up to ±3 o CGLat, even for mapping from 7Re expected crossing of EQ boundary by P5 – between 2112 and 2118 UT – dipolarization in progress on P5, spiky structures overlapped onto Bz increase Other comparison (two step Bz increase, two injections, two traces EAB on Dec.31, 2007) also confirm spatial relationship between SDF and EAB (Sergeev et al., JGR 2010) HEe BU arcs EQ edge