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. - презентация

1 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 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия 2 ИКСИ БАН, София, Болгария 3 IRAP, Тулуза, Франция

2 Магнитное пересоединение в ближнем хвосте. Эффекты в окрестности ТС: С земной стороны от X-линии: диполизация магнитного поля (+δB Z ) 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 B Y

3 Cluster and DSP at close Y Cluster: поток плазмы от Земли, V X ~ -500 км/с B Z < 0 DSP: поток плазмы к Земле, V X ~ 900 км/с B Z > 0 Наблюдения Cluster и DSP на близких Y-координатах (ΔY < 1 Re) Признаки пересоединения между спутниками

4 Наблюдения Cluster Характерные масштабы: ΔY ~ 0.2 Re; ΔZ ~ 0.13 Re Поворот YZ ~ на 30 0

5 Квадрупольная структура B Y. В окрестности магнитной X-линии наблюдается квадрупольная структура B Y, обусловленная Холловскими токами, вытекающими из области пересоединения (Nagai et al., 2001;2003; Runov et al., 2003)

6 Структура Токового Слоя (ТС). Предположение: слой Харриса (максимальная плотность тока в НС) линейный градиент ΔBX/ΔZ L ~ 2·ΔZ·B X0 /ΔB X B X0 – магнитное поле вне слоя (5 нТ) ΔZ - расстояние между парой спутников; ΔB X – 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)

7 Бифуркация ТС, наблюдаемая спутниками CLUSTER I I II III

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

9 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 поток начинает наблюдается с 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.

10 Распределение параллельной скорости ионов относительно B X 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.

11 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.

12 Энергичные частицы. Измерение RAPID на Cluster-1.

13 GSE components of perpendicular velocity measured by HIA onboard Cluster-1,3 and GSE components of E x B measured by EFW onboard Cluster-1,2,3. No data for Cluster-4!

14 Наблюдения DSP Parallel flow in PS perpendicular flow closer to NS Начало регистрации параллельного потока в ~ 03:43:30 UT, что на ~30 с позже, чем Cluster. Источник (X-линия) на X ~ -14 – -16 Re. Силовые линии внешнего ПС не вовлечены в процесс пересоединения. DSP в южном ПС 2 популяции ионов: поток к Земле V X 1000 км/с и фоновая горячая плазма

15 Наземные наблюдения. FCC PBQ BLC DSP Заметных вариаций в геомагнитном поле не наблюдалось

16 PBQFCC 10 nT BLC Амплитуда вариаций горизонтальной компоненты МП на станциях PBQ и FCC (близкие по широте к проекции DSP) ~ 10 нТ. Вариация H - компоненты МП на BLC (близкий меридиан и меньшая широта) - менее 5 нТ

17 Cluster-1 and DSP observations. Before 03:44 UT - no acceleration. Delay in flow observations by Cluster and DSP according to velocity distribution functions ~ 5 – 30 s. This corresponds to X-line located at X = Re DSP stops to Observe parallel flow at 03:50 UT. Cl-1 stops to observe perpendicular flow at 03:51:10 Cl-3 stops to observe perpendicular flow at 03:49:46 Duration ~ 7 min

18 X-line between Cluster and DSP reconnection at PS MF lines? After 03:51 UT (strong accelerated flows disappear) Cl in the southern PS: bi-direction distribution + some earthward parallel flow

19 After o3:59 UT strong earthward parallel flow starts to be observed in southern PS.

20 Результаты наблюдений Одновременные измерения Cluster и DSP в ЦПС и вблизи ТС хвоста показали: Возможное наличие области магнитного пересоединения на X~ Re и связанные с ним эффекты: - утоньшение ТС (до ~ 0.1 Re) - бифуркацию ТС - эпизодическое наблюдение квадрупольной структуры B Y (1-2 мин). Процесс имел нестационарный характер: - «перемежаемость» потоков ускоренных ионов, движущихся перпендикулярно и параллельно МП во времени и в пространстве.