b y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А....
DESCRIPTION
B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН Модель на основе статистики наблюдений Geotail Влияние сезонной деформации нейтрального слоя Роль экстремальных значений B y Новый сезонный компонент B y. благодарности команде Geotail, CCMC GSFC , - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/1.jpg)
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
![Page 2: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/2.jpg)
Bx и Bz : диполь и поперечные токи
By: ММП By, эффекты 3-мерности хвоста (продольные токи)
Магнитосфера в плоскости XZ GSM
XGSM
ZGSM
YGSM
Сезонный сдвиг!
![Page 3: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/3.jpg)
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
мотивы - 1
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
Petrukovich et al JGR 2007
![Page 4: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/4.jpg)
Мотивы - 2
YGSM
ZGSM
B J
xx x x x
x x x x x
By ≠ 0 важно
Несимметрия ионосферной проекции в северной и южной шапкахв 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!)
![Page 5: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/5.jpg)
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
|Bx|<15 nT– подобрано опытным путем: «приэкваториальная зона»,
в которой характеристики By уже не изменяются
Tsyganenko et al JGR 1993
![Page 6: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/6.jpg)
Модель нейтрального слоя
Учет влияния деформации хвоста на By требует модели
нейтрального слоя, так как из текущих мгновенных наблюденийполучить необходимую информацию (о наклоне) невозможно.
Используем модель Tsyganenko & Fairfield JGR 2004 - TF04,
построенную также по Geotail: Z ~ X, Y, , ММП Byi Bz
i
hinge warp twist
Внимание: предполагаем, что магнитное поле в среднем «привязано» к нормали нейтрального слоя: неочевидный факт!
![Page 7: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/7.jpg)
Учет flaringНаправленность магнитного поля к Земле на флангах создает
компонент Byflaring ~ a * Bx
-14 > X > -16 RE
)Y)Xrrtanh((Xrr
XrrR 43
43
21 ++
+=
![Page 8: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/8.jpg)
Учет flaringнеобходимо учесть искажения из-за наклона нейтрального слоя
в плоскости XZ, в основном, hinging вблизи Земли
Bx
Bx’
)BΨtanB(RB z*
xflaringy -=
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.
![Page 9: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/9.jpg)
Проникновение ММП
iy
IMFy B)10
Y78.0cos())30|X|
1(54.033.0(B -+=
![Page 10: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/10.jpg)
Учет twist
тогда
В TF04 наклон слоя на -8…-31 RE
весьма мал < 10 градусов
iy
twistz
twisty B1.0~)Θtan(BB -=
Это небольшая добавка, немного уменьшающая «проникновение ММП»
Учитывать её отдельно или нет в данной работе – дело вкуса
twistΘ
![Page 11: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/11.jpg)
Вклад warping
Как реагирует магнитное поле на задирание флангов ?
Пример профиля нейтрального слоя для зимы
)Θtan(BB warpz
warpy =Если магнитное поле привязано
к нормали и угол мал, то
warpΘ
![Page 12: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/12.jpg)
Модель warp верна при |Y| <10, дает до 1-2 нТл, нечетный профиль от Y
Вклад warping
Сравнение Bywarp и эксперимента By-By
IMF для X<-20 и < -20o
Есть еще постоянная добавка -0.75 нТл: новый эффект!
-0.75
![Page 13: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/13.jpg)
Вклад warping
Ближе к Земле магнитное поле наклонено больше, чем требует наклон слоя
Модель Т96, срез на X=-15 REMHD BATSRUS, CCMC GSFC
Эффект составляет в максимуме менее 1 нТл, не учитываем в модели, но помним
![Page 14: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/14.jpg)
Новый эффект Bytilt
в отличие от warp cимметричен отн. Y
для -30 < X < -20 и |Y| < 10 дает ±1 нТл
![Page 15: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/15.jpg)
Новый эффект Bytilt
Коэфф. регрессии между и By-ByIMF, By-By
IMF-Bywarp , Y>0 и Y<0
После вычитания Bywarp появляется симметричный By
tilt ±1-2 нТл
остатки составляют в пределах 0.5 нТл
Ψ30|X|
1(06.003.0(Btilty ))-+=
![Page 16: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/16.jpg)
Ψ))30|X|
1(aa(B
aB)10Yacos())30
|X|1(aa(B
BBBB
65tilty
4iy321
IMFy
tilty
IMFy
warpy
2My
-
-
+=
++=
++=
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
Магнитное поле в нТл, X, Y в RE, в градусах
Финальная модель By
![Page 17: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/17.jpg)
«большие» By и регрессия
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
1.8
![Page 18: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/18.jpg)
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)
![Page 19: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/19.jpg)
Эффекты меньшей амлитуды (не вошедшие)
2. Аддитивность Bytilt и By
IMF
предполагали, что два эффекта независимы eсли эффект сезона работает как модификация основного эффекта ММП, то
ΨBαβBαB)Ψβ1(αB iy
iy
iyy +=+=
Проверяем коэфф регрессии
по на зависимость от Byi
По крайней мере на 60%эффект аддитивный
На больших ММП можетсказываться эффект усиления
![Page 20: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/20.jpg)
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
![Page 21: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/21.jpg)
Результаты - 1
При анализе хвоста важно учитывать 3D геометриюВ «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 линейноймоделью flaring, и привязкой магнитной структуры к конфигурациив 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 ЗемлеЭффект создает неоднозначность модели ММП и других внешних факторов.
![Page 22: B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062517/5681351a550346895d9c6f35/html5/thumbnails/22.jpg)
Результаты - 2Новый компонент поля By в хвосте магнитосферы, не зависящийот солнечного ветра: By>0 летом и By<0 зимой, с макс. амплитудой 1-2 нТл.
Похожие наблюдения известны для конвекции в полярной шапкекак «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