ИКИ, февраль 2009 Изучение магнитного потока хвоста магнитосферы М. Шухтина (1), Е. Гордеев (1), В. Сергеев(1), A. DeJong (2), B. Hubert (3) (1)Санкт-Петербургский. - презентация

1 ИКИ, февраль 2009 Изучение магнитного потока хвоста магнитосферы М. Шухтина (1), Е. Гордеев (1), В. Сергеев(1), A. DeJong (2), B. Hubert (3) (1)Санкт-Петербургский государственный Университет, (2) Southwest Research Institute (3) Laboratory of Planetary and Atmospheric Physics, University of Liege, Belgium

2 ИКИ, февраль 2009 courtesy by N.Tsyganenko Циркуляция магнитного потока F в системе солнечный ветер - магнитосфера Russell and McPherron, 1971: Режим системы определяется балансом пересоединившихся на дневной и ночной стороне магнитных потоков F –один из ключевых параметров, определяющих динамику магнитосферы Трудность: глобальный параметр,трудно определить из локальных наблюдений До недавнего времени –только усредненные оценки F и отдельные измерения площади PC DE1 и Viking Loading/unloading or flow- through behavior according to southward IMF Bz??

3 ИКИ, февраль 2009 Методы оценки величины магнитного потока хвоста По измерениям площади PC по снимкам (DeJong et al. 2007); PolarUVI, IMAGE FUV WIC; ( Hubert et al.,2006, Coumans et al., 2006): IMAGE S12; (Boakes et al., 2008): IMAGE FUV WIC Но Снимки всей шапки не всегда доступны точность? (чувствительность, дневная засветка) По одновременным плазменным и магнитным измерениям в хвосте и солнечном ветре: (Petrinec and Russell, 1996) Polar UVI LBHl IMAGE FUV WIC

4 ИКИ, февраль 2009 Расчет величины F по одновременным измерениям в хвосте и в солнечном ветре Входные данные: магнитные и плазменные измерения в среднем хвосте (lobe field BL= (B P) 1/2 ) и снесенном по конвекции солнечном ветре(Pd, T, Bsw) Исходные уравнения: МГД баланс давлений в хвосте: B 2 /2 0 +nkT B L 2 /2 0, (assuming Tp/Te=7) на магнитопаузе: 0.88Pd sin 2 + B SW 2 /2 0 +nk(T isw + T e sw ) = B L 2 /2 0 (assuming T eSW = T iSW ) tg α = dR T /dx R T (x)=R T0 + tg (x) dx, R T0 =14.63(Pd/2.1) -1/6 ( Petrinec and Russell, 1996 ) (Petrinec and Russell, 1996, Shukhtina et 2004, Shukhtina et al.,2008AnnGeo submitted) Глобальные параметры : эквивалентное поле в долях B L, flaring angle α, радиус хвоста R T, магнитный поток F = 0.5 π R T 2 B L Входные данные: магнитные и плазменные измерения в среднем хвосте (lobe field BL= (B P) 1/2 ) и снесенном по конвекции солнечном ветре(Pd, T, Bsw) Исходные уравнения: МГД баланс давлений в хвосте: B 2 /2 0 +nkT B L 2 /2 0, (assuming Tp/Te=7) на магнитопаузе: 0.88Pd sin 2 + B SW 2 /2 0 +nk(T isw + T e sw ) = B L 2 /2 0 (assuming T eSW = T iSW ) tg α = dR T /dx R T (x)=R T0 + tg (x) dx, R T0 =14.63(Pd/2.1) -1/6 ( Petrinec and Russell, 1996 )

5 ИКИ, февраль 2009 Развитие метода Petrinec and Russell, 1996 (Petrinec and Russell, 1996, PR96) : sin 2 =f(pd,x, IMFBz ) ; функциональные зависимости из решения уравнения баланса для 6273 точек: 0.88Pd sin 2 + B SW 2 /2 0 +nk(T isw + T esw ) = B L 2 /2 0 sin 2 (x) tg (x) dx модель магнитопаузы PR96: R T (x,Pd, IMFB Z ) Но Величина R T зависит не только от внешних параметров (растет во время предв.фазы, e.g., Maezawa, 1975) (Shukhtina et al.,2004): Анализ, аналогичный PR96, был проведен отдельно для различных состояний (SO, SMC, Q). Результат: величина F зависит от состояния системы Но не позволяет считать величину F в реальном времени (Shukhtina et al.,2008AnnGeo submitted): расчет F в реальном времени, используя полученные ранее зависимости α(x) для различных состояний: sin 2 = Aexp(B 3 X), B 3 = Из измерений находим A tg (x) dx R T (X) =R T0 - 2 / B 3 ( arcsin (A exp(X B 3 )) - arcsin (A) ). Учитывая форму изолиний и B L (нормали к магнитопаузе в долях ): X=(R T – (y 2 + z 2 ) 1/2 ) sin cos, X =X+ X; sin 2 =A exp( X ), R T (X ) =R T0 - 2 / B 3 ( arcsin (A exp(X B 3 )) - arcsin (A ) ), новое значение X, etc 3-4 итерации решение устанавливается: R T (X) =R T0 -2/B 3 ( arcsin (A exp(X B 3 )) - arcsin (A ))

6 ИКИ, февраль 2009 Возможные виды тестирования: 1.Метод основан на решении МГД-уравнений баланса тест: сравнение с результатами МГД-моделирования 2.Сравнение с величинами F, полученными из снимков PC 3.Сравнение с результатами предыдущих расчетов для различных состояний Тестирование метода SPR Множество упрощений/предположений: расчет по одному измерению! баланс давлений упрощенная формула R T0 =14.63(Pd/2.1) -1/6 симметричная по y,z магнитопауза перпендикулярный диполь необходимость тестирования

7 ИКИ, февраль 2009 МГД-симуляции : определение положения магнитопаузы и расчет магнитного потока Simulations at CCMC Fluopause (flowlines from X=+12Re) used as Magnetopause proxy ; Artificial spacecraft in midtail lobe or plasma sheet (X=-15 or -25Re); predicted F Direct integration simulated F D used to test predicted F Shukhtina et al., AnnGeo 2008, submitted plasma streamlines F D = BL dS

8 ИКИ, февраль 2009 Тест : виртуальный спутник в долях и нейтральном слое, перпендикулярный диполь ( X=-15 Re, Y=4 Re) Высокая корреляция в долях, ухудшается в PS. SPR: в долях коэфф.регрессии ~ 1, малый свободный член, стабильное регрессионное соотношение во всех областях. PR96: корреляция ниже, малые коэффициенты регрессии, большой свободный член.

9 ИКИ, февраль 2009 Тест : виртуальный спутник в долях и плазменном слое, наклонный диполь (φ =-35 0, X=-15 Re, Y=4 Re) Высокая корреляция (cc~ ), коэффициент регрессии близок к 1, малый свободный член для всех точек измерения

10 ИКИ, февраль 2009 Shukhtina et al., 2008 in preparation Сравнение F SPR с величиной потока F PC, вычисленного по площади PC

11 ИКИ, февраль 2009 Поведение величины F для разных состояний Слабая зависимость величины F от X и Pd солнечного ветра F = 0.14 Em F = 0.03 Em DeJong et al 2007: F~ GW for SMCs (Shukhtina et al., This study (SPR) AnnGeo, 2004)

12 ИКИ, февраль 2009 Расчет величины F по данным THEMIS ( Соответствие расчетов по разным s/c; Лучшее качество оценки F по более близкому s/c

13 ИКИ, февраль 2009 Выводы Модифицированный метод PR96 (SPR) хорошо согласуется с результатами МГД – расчетов, если точка наблюдения находится в долях (cc>0.9, коэфф.регрессии ~1, малый свободный член). При перемещении виртуального спутника к нейтральному слою корреляция ухудшается ( баланс давлений?), хотя регрессионное соотношение меняется мало. Результаты тестирования для SPR лучше, чем для PR96. Сравнение результатов SPR с величинами F, полученными из снимков PC, показывает их качественное соответствие. Подтверждены результаты о поведении величины F для разных состояний: независимость F от X и Pd; совпадение F для Q и SMC при повышенном значении для SO; линейная зависимость F(Em) для SO.

14 ИКИ, февраль 2009 Dec.16, 2006 E N D