1 Беленькая Елена Семеновна НИИЯФ МГУ, Ленинские Горы, Москва, 119992 Конференция Физика плазмы в солнечной системе Москва, ИКИ февраль 2009. - презентация

1 1 Беленькая Елена Семеновна НИИЯФ МГУ, Ленинские Горы, Москва, Конференция Физика плазмы в солнечной системе Москва, ИКИ февраль 2009

2 2 Frank et al. (1982) впервые наблюдали и описали тета-аврору. В свечении тета-авроры главную роль играют электроны. Относительный вклад протонов ~10%; их энергия >10 keV ( Hubert et al., 2004). Свечение в дуге ( = nm) >kR вызывается электронами с энергией > keV (Carlson and Cowley, 2005). Тета-аврора возникает преимущественно при северном ММП (Frank and Craven, 1988; Valladares et al., 1994; Kullen et al., 2002). Тета-авроры могут существовать в 2-х полушариях одновременно, двигаясь в противоположных направлениях (Craven et al., 1991; Cumnock, 2005) Судя по спектру высыпающихся частиц, тета-аврора находится на замкнутых силовых линиях (Frank et al., 1982; Peterson and Shelley, 1984). Тета-аврора связана с вытекающими и втекающими токовыми слоями (Marklund and Blomberg, 1991; Blomberg and Cumnock, 2004). Murphree and Cogger (1981) предположили, что ТРА могут идентифицироваться с областями замкнутых силовых линий, окруженных двумя областями открытых силовых линий. Рассмотрим, как топология магнитного поля магнитосферы при северном ММП может привести к генерации тета-авроры. (Ostgaard et al., 2003)

3 3 Предложен механизм, ответственный за генерацию тета-авроры при северном ММП с B y 0. Топология магнитосферного магнитного поля при северном ММП позволяет объяснить возникновение тета-авроры. Ключевую роль играет разность потенциалов при B y 0 между двумя нейтральными точками магнитного поля, расположенными в районах каспов, где при северном ММП возникает трехмерное пересоединение. = On - Os = 2R 1 k E V x B y. Трансполярная дуга, как и конвекция, возникает благодаря взаимодействию солнечного ветра с магнитосферой. Схема магнитного поля магнитосферы при северном ММП.

4 4 При северном ММП в районах каспов возникают нейтральные точки магнитного поля. А1, А2 – сепаратрисные поверхности. В1, В2 – сингулярные силовые линии ("stemlines"). С – сепаратор. Потенциал сингулярной «эквипотенциали» Ls. ( Ln ). Вблизи O n ' вдоль ионосферной проекции особой эквипотенциали приложена разность потенциалов On - Os. Вдоль открытых силовых линий, проходящих через эту область, существует продольная разность потенциалов. Следовательно, свечение может возникнуть вблизи O n '. Мозер (2005) представил измерения в областях с характерным размером порядка электронной инерционной длины и с E, расположенных вдоль сепаратрис. Спутники группы Кластер впервые обнаружили в магнитослое у магнитосферы Земли протяженные электронные диффузионные области длиной 3000 км. Кроме того, спутники Кластер позволили впервые наблюдать структуру магнитного поля вблизи нулевой точки в хвосте.

5 5 Серая кривая – граница открытых силовых линий. Черный круг – приэкваториальная граница полярного овала. Черная кривая – эквипотенциаль, разделяющая конвективные вихри. К ней приложена разность потенциалов On - Os. Bx>0, By>0, Bz>0Bx 0 На замкнутых силовых линиях, пересекающих эту особую эквипотенциаль, существует разность потенциалов. Эта разность потенциалов максимальна на той части силовой линии, которая ближе к сепаратору (Siscoe et al., 2001).

6 6 Wind находился на расстоянии от Земли: GSM X = 75, Y = -10, Z = 10 R E. Толстая вертикальная линия отмечает момент, когда трансполярная дуга была вытянута вдоль полуденно-полуночного меридиана. Три дополнительные линии отмечают моменты, когда DMSP F13 достигал наибольшей магнитной широты. Вертикальные линии сдвинуты на 15 мин в соответствии со временем прохождения расстояния между Wind и X = 0 (Cumnock et al., 2002). Через 1 час после смены знака By TPA прошла через линию полдень- полночь. В северном полушарии дуги расположены утром для направленного к утру By. 6 Bx преимущественно отрицательное, By изменил знак с «+» на «-» в ~13:54 UT Bz положительно в течение 12 часов.

7 7 Структура магнитных силовых линий при сильном северном ММП (в 14:30 UT). вблизи сепаратора, рассчитанная в параболоидной модели магнитосферы. Соответствующая выбранному ММП структура сияний в ионосфере устанавливается примерно через 1 час (в 15:32 UT) (Hubert et al., 2004). Вдоль ближайших к сепаратору замкнутых силовых линий может возникнуть свечение на особой эквипотенциали на замкнутых силовых линиях с антисолнечным направлением конвекции. On - Os = 28 кВ. Сепаратор – зеленая кривая. Ближайшие к сепаратору открытые силовые линии - оранжевые, замкнутые - черные. ММП: B x = -8 нТл; B y = -4 нТл; B z = 25 nT; k = 0.2. UT = 1430 on 8 November 1998

8 8 8 Bx 0, B out, x

9 9 Dynamics Explorer - 1 (DE-1) Spin-Scan Auroral Imaging (SAI) Последовательность снимков 8 ноября 1981 г. (81/312) с 14:12 UT до 17:02 UT. Время между снимками ~12m : : : : : Bz>0 – тета-аврора By от >0 к 0, B out, x = k(B x cos + B z sin ) - 0.2B 1 sin2 < 0 B out, x < 0 – непрерывное свечение в трансполярной дуге. 9

10 10 Reference: Sato et al., GRL 2005 Interhemispheric relationships in the electrodynamics of the Earths magnetosphere and ionosphere

11 11 При северном ММП с By0 между нейтральными точками магнитного поля возникает продольная разность потенциалов. Эта продольная разность потенциалов создает продольное электрическое поле и токи вдоль сепаратора. Потоки высыпающихся электронов могут возбуждать тета-аврору на замкнутых силовых линиях вблизи особой эквипотенциали, разделяющей конвективные вихри с противоположным направлением вращения. 11

12 12 В докладе использованы результаты совместных работ с коллегами: И. И. Алексеевым, В. В. Калегаевым, М. С. Григорян, С. Ю. Бобровниковым, L. Blomberg, J. Cumnock, которым автор выражает благодарность и искреннюю признательность.