close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

B y - Плазменные процессы в Солнечной системе

код для вставкиСкачать
By
в плазменном слое геомагнитного хвоста
А.А. Петрукович, ИКИ РАН
•
Модель на основе статистики наблюдений Geotail
•
Влияние сезонной деформации нейтрального слоя
•
Роль экстремальных значений By
•
Новый сезонный компонент By
благодарности команде Geotail, CCMC GSFC ,
РФФИ 10-05-91001
Магнитосфера в плоскости XZ GSM
ZGSM
XGSM
YGSM
Сезонный сдвиг!
Bx и Bz : диполь и поперечные токи
By: ММП By, эффекты 3-мерности хвоста (продольные токи)
мотивы - 1
Petrukovich et al JGR 2007
Данные Cluster 2001-2004
Наблюдаем 30% «большой» By
|By | > 5, By > ММП By
большой» By отмечался и ранее
в отдельных примерах:
Sergeev et al JGR 1993,
McComas et al JGR 1986
Ожидаем By ~ 0.4 ММП By
«проникновение» ММП: ~ 0.1-0.8 :
Fairfield JGR 1979, Сергеев и др. ГиА 1987, Kaymaz et al JGR 1994
Мотивы - 2
B x Jx
x
x
x
ZGSM
YGSM
By ≠ 0 важно
Несимметрия ионосферной проекции в северной и южной шапках
в полярных сияниях отмечалась разница до 2 часов MLT!
Влияние на рассеяние/изотропизацию в нейтральной плоскости
Кi = Rcurv/Rci ~ (By/Bz)2
Динамика частиц становится несимметричной в направлении север-юг
Изменение характера возможных неустойчивостей токового слоя
(теории суббури!)
Статистика Geotail
11 лет 1995-2005 |Y| < 15 RE , |Y|<|X|, –31 < X < –8 RE , |Z| < 5 RE
15-мин интервалы с >75% |Bx|<15 nT
~30 000 значений
Tsyganenko et al
JGR 1993
|Bx|<15 nT– подобрано опытным путем: «приэкваториальная зона»,
в которой характеристики By уже не изменяются
Модель нейтрального слоя
Учет влияния деформации хвоста на By требует модели
нейтрального слоя, так как из текущих мгновенных наблюдений
получить необходимую информацию (о наклоне) невозможно.
Используем модель Tsyganenko & Fairfield JGR 2004 - TF04,
построенную также по Geotail: Z ~ X, Y, Y, ММП Byi Bzi
hinge
warp
twist
Внимание: предполагаем, что магнитное поле в среднем «привязано»
к нормали нейтрального слоя: неочевидный факт!
Учет flaring
Направленность магнитного поля к Земле на флангах создает
компонент
Byflaring ~ a * Bx
-14 > X > -16 RE
R =
r1 + r 2 X
r3 + r4 X
tanh(( r 3 + r 4 X )Y )
Учет flaring
необходимо учесть искажения из-за наклона нейтрального слоя
в плоскости XZ, в основном, hinging вблизи Земли
Bx
Bx’
B
flaring
y
*
= R ( B x - tan Ψ B z )
Угол берем из TF04, поправка дает 1-2 нТл вблизи Земли
Byflaring был вычтен из By сразу, до последующего анализа,
и в финальную модель не входит.
Проникновение ММП
B
IMF
y
= ( 0 . 33 + 0 . 54
(1 -
|X |
Y
))
cos(
0
.
78
30
10 ) B y
i
Учет twist
Θ
тогда
twist
twist
By
В TF04 наклон слоя
на -8…-31 RE
весьма мал < 10 градусов
= B z tan( Θ
twist
i
) ~ -0 . 1 B y
Это небольшая добавка, немного уменьшающая «проникновение ММП»
Учитывать её отдельно или нет в данной работе – дело вкуса
Вклад warping
Пример профиля нейтрального слоя для зимы
Как реагирует магнитное поле на задирание флангов ?
Θ
warp
Если магнитное поле привязано
к нормали и угол мал, то
B
warp
y
= B z tan( Θ
warp
)
Сравнение Bywarp
Вклад warping
и эксперимента By-ByIMF для X<-20 и Y < -20o
-0.75
Модель warp верна при |Y| <10, дает до 1-2 нТл, нечетный профиль от Y
Есть еще постоянная добавка -0.75 нТл: новый эффект!
Вклад warping
Ближе к Земле магнитное поле наклонено больше,
чем требует наклон слоя
Модель Т96, срез на X=-15 RE
MHD BATSRUS, CCMC GSFC
Эффект составляет в максимуме менее 1 нТл,
не учитываем в модели, но помним
Новый эффект Bytilt
в отличие от warp cимметричен отн. Y
для -30 < X < -20 и |Y| < 10 дает ±1 нТл
Новый эффект Bytilt
Коэфф. регрессии между Y и By-ByIMF, By-ByIMF-Bywarp , Y>0 и Y<0
B
tilt
y
= ( 0 . 03 + 0 . 06 ( 1 -
|X |
30 )) Ψ
После вычитания Bywarp появляется симметричный Bytilt ±1-2 нТл
остатки составляют в пределах 0.5 нТл
Финальная модель By
M2
By
B
IMF
y
B
tilt
y
warp
= By
IMF
+ By
= ( a1 + a 2 ( 1 = ( a5 + a6 ( 1 -
tilt
+ By
|X |
|X |
Y
))
cos(
a
)
B
+
a
3
y
4
30
10
i
30 ))Ψ
Магнитное поле в нТл, X, Y в RE, Y в градусах
a1=0.3247±0:015, a2=0.5827±0.042, a3=0.850±0.066, a4=0.0187±0.032
a5=0.0305±0.0027, a6=0.0614±0.0088
Ключевые коэффициенты определены с точностью до 5%
Переход в систему GSW или учет Bytwist изменяет коэфф. в пределах
стат. ошибки
«большие» By и регрессия
1.8
Есть тенденция «усиления» ожидаемого By, «отрастание хвоста».
Наличие негауссова «хвоста» искажает регрессию, завышает коэфф.
Корректируется робастной регрессией,
если отбросить все за пределами 1-сигма от модели:
Коэфф. Робастной модели меньше на 20-30%:
0.32 –> 0.25
Эффекты меньшей амлитуды (не вошедшие)
1. Остатки зависимости By от угла наклона диполя
Ближе чем X = -20 RE
По амплитуде в 3 раза
меньше ~ 0.5 нТл
=> или доп. наклон магнитного поля от warp
=> или несимметрия Bytilt (на вечернем фланге больше)
Эффекты меньшей амлитуды (не вошедшие)
2. Аддитивность Bytilt и ByIMF
предполагали, что два эффекта независимы
eсли эффект сезона работает как модификация
основного эффекта ММП, то
B y = α ( 1 + β Ψ )B
i
y
i
y
i
y
= α B + αβ B Ψ
Проверяем коэфф регрессии
по Y на зависимость от Byi
По крайней мере на 60%
эффект аддитивный
На больших ММП может
сказываться эффект
усиления
карта эффектов By в зависимости от сезона
На вечерней стороне эффекты складываются, становясь в сумме
больше, чем эффект ММП (ближе к солнцестоянию )
На утренней стороне эффекты вычитаются
Результаты - 1
При анализе хвоста важно учитывать 3D геометрию
В «нулевом» приближении, без учета 3D:
вблизи оси хвоста |Y| < 5 RE, и вблизи нейтрального слоя |Bx| < 5 нТл.
В «первом» приближении можно учесть 3D искажения линейной
моделью flaring, и привязкой магнитной структуры к конфигурации
в пределах |Y| < 10 RE, и |Bx| < 15 нТл.
Тенденция к «усилению» «модельного» By, задаваемого
внешними условиями в плазменном слое: «хвост» распределения By.
Более вероятен при большоv ММП, солнцестоянии, ближе к Земле
Эффект создает неоднозначность модели ММП и других внешних факторов.
Результаты - 2
Новый компонент поля By в хвосте магнитосферы, не зависящий
от солнечного ветра: By>0 летом и By<0 зимой, с макс. амплитудой 1-2 нТл.
Похожие наблюдения известны для конвекции в полярной шапке
как «усиление» для комбинаций лето/Byi+ и зима/Byi(например Ruohoniemi & Greenwald JGR 2005)
Полярная шапка и поле By в хвосте связаны межполушарным током.
Градиент проводимости в полярной шапке «день-ночь» приводит к смещению
структуры конвекции, схожему с возникающим под влиянием ММП By,
(Wolf, 1970, Leontiev, 1974, Atkinson & Hutchison 1978)
Конвекция при ММП By > 0
Конвекция при градиенте освещенности
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
5
Размер файла
2 552 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа