Regular Density Inhomogeneities in the Boundary Layer of the Plasmasphere

G. A. Kotova; Котова Г. А.; V. V. Bezrukikh; Безруких В. В.; D. V. Chugunin; Чугунин Д. В.; M. M. Mogilevsky; Могилевский М. М.; A. A. Chernyshov; Чернышов А. А.

doi:10.31857/S0016794023700013

Регулярные неоднородности плотности в пограничном слое плазмосферы

Авторы: Котова Г.А.¹, Безруких В.В.¹, Чугунин Д.В.¹, Могилевский М.М.¹, Чернышов А.А.¹
Учреждения:
1. Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)
Выпуск: Том 63, № 6 (2023)
Страницы: 715-723
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/0016-7940/article/view/232908
DOI: https://doi.org/10.31857/S0016794023700013
EDN: https://elibrary.ru/EGFOPP
ID: 232908

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

По измерениям тепловой плазмы на спутниках МАГИОН-5 и ИНТЕРБОЛ-1 в пограничном слое плазмосферы выделены повторяющиеся подобные изменения плотности протонов в зависимости от L-оболочки. Такие вариации плотности имеют следующие характерные особенности: (а) изменения плотности происходят резко и на профиле плотности – зависимости плотности от L или от геомагнитной широты λ – имеют пилообразный характер, плотность протонов в пиках (максимумах) вариаций превышает плотность в минимумах вариаций в 2–8 раз, (б) характерный размер вариаций в радиальном направлении в плоскости геомагнитного экватора ~0.15 R_E или ~1000 км; (в) пилообразные изменения плотности протонов в пограничном слое плазмосферы могут охватывать не менее 90° по долготе; (г) регулярные вариации плотности плазмы наблюдались на геомагнитных широтах до 30°, причем эта широта ограничена орбитами спутников, данные которых использовались для анализа. Пилообразные вариации плотности тепловой плазмы, по-видимому, относятся к пространственным структурам, эволюционирующим, но сохраняющимся в пограничном слое плазмосферы, по крайней мере, в течение суток. Неоднородности плазмы наблюдались при достаточно спокойной или немного возмущенной геомагнитной обстановке. Рассмотренные неоднородности, вероятно, являются следствием перестановочной или квазиперестановочной неустойчивости, развивающейся в пограничном слое плазмосферы.

Список литературы

– Котова Г.А. Плазмосфера Земли. Современное состояние исследований // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 47. № 4. С. 1–16. 2007. (Kotova G.A. The Earth’s plasmasphere: State of studies (a review) // Geomag. Aeron. V. 47. № 4. P. 409–422. 2007. – для англоязычного варианта статьи) https://doi.org/10.1134/S0016793207040019
– Котова Г.А., Безруких В.В., Веригин М.И., Акеньтиева О.С., Шмилауэр Я.. Исследование каверн плотности в плазмосфере Земли по данным спутника МАГИОН 5 // Космич. исследов. Т. 46. № 1. С. 17–26. 2008. (Kotova G.A., Bezrukikh V.V., Verigin M.I., Akentieva O.S., Smilauer J. Study of notches in the Earth’s plasmasphere based on data of the MAGION-5 satellite // Cosmic Research. V. 46. № 1. P. 15–24. 2008. – для англоязычного варианта статьи) https://doi.org/10.1007/s10604-008-1003-5
– Andre N., Lemaire J.F. Convective instabilities in the plasmasphere // J. Atm.Solar-Terr. Phys. V. 68. P. 213–227. 2006. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2005.10.013
– Bezrukikh V.V., Gringauz K.I. The hot zone in the outer plasmasphere of the Earth // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. V. 38. P. 1085–1091. 1976. https://doi.org/10.1016/0021-9169(76)90038-6
– Carpenter D.L., Anderson R.R. An ISEE/whistler model of equatorial electron density in the magnetosphere // J. Geophys. Res. V. 97. P. 1097–1108. 1992. https://doi.org/10.1029/91JA01548
– Carpenter D., Lemaire, J. The plasmasphere boundary layer // Annales Geophysicae. V. 22. № 12. P. 4291–4298. 2004. https://doi.org/10.5194/angeo-22-4291-2004
– Comfort R.H. Thermal structure of the plasmasphere // Adv. Space Res. V. 17. № 10. P. 175–184. 1996. https://doi.org/10.1016/0273-1177(95)00710-V
– Darrouzet F., Decreau P.M.E., De Keyser J., Masson A., Gallagher D.L., Santolik O., Sandel B.R., Trotignon J.G., Rauch J.L., Guirriec E.Le, Canu P., Sedgemore F., Andre M., Lemaire J.F. Density structures inside the plasmasphere: Cluster observations // Annales Geophysicae. V. 22. № 7. P. 2577–2585. 2004. https://doi.org/10.5194/angeo-22-2577-2004
– Darrouzet F., Gallagher D.L., André N. et al. Plasmaspheric Density Structures and Dynamics: Properties Observed by the CLUSTER and IMAGE Missions // Space Sci. Rev. V. 145. P. 55–106. 2009. https://doi.org/10.1007/s11214-008-9438-9
– Ferradas C.P., Boardsen S.A., Fok M.-C., Buzulukova N., Reeves G.D., Larsen B.A. Observations of density cavities and associated warm ion flux enhancements in the inner magnetosphere // J. Geophys. Res. V. 126. № 3. 2020. https://doi.org/10.1029/2020JA028326
– Gold T. Motions in the magnetosphere of the Earth // J. Geophys. Res. V.64. № 9. P. 1219–1224. 1959. https://doi.org/10.1029/JZ064i009p01219
– He F., Guo R.-L., Dunn W.R. et al. Plasmapause surface wave oscillates the magnetosphere and diffuse aurora // Nature Communications. V. 11. 1668. 2020. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15506-3
– Helmboldt J.F., Haiducek J.D., Clarke T.E. The properties and origins of corotating plasmaspheric irregularities as revealed through a new tomographic technique // J. Geophys. Res. V. 125. № 3. 2020. https://doi.org/10.1029/2019JA027483
– Helmboldt J.F. The properties and origins of corotating plasmaspheric irregularities: Part II—Tomography with compact arrays of GPS receivers // J. Geophys. Res. V. 125. № 6. 2020. https://doi.org/10.1029/2020JA027858
– Higel B., Wu L. Electron density and plasmapause characteristics at 6.6 RE: a statistical study of the GEOS 2 relaxation sounder data // J. Geophys. Res. V. 89. P. 1583–1601. 1984. https://doi.org/10.1029/JA089iA03p01583
– Horwitz J.L., Comfort R.H., Chappell C.R. A statistical characterization of plasmasphere density structure and boundary location // J. Geophys. Res. V. 95. № A6. P. 7937–7947. 1990. https://doi.org/10.1029/JA095iA06p07937
– Kotova G., Bezrukikh V., Verigin M., Šmilauer J. In situ observations of low-density regions inside the plasmasphere // Earth, Planets and Space. V. 56. P. 989–996. 2004. https://doi.org/10.1186/BF03351796
– Kotova G., Bezrukikh V., Verigin M. The effect of the Earth’s optical shadow on thermal plasma measurements in the plasmasphere // J. Atm. Solar-Terr. Phys. V. 120. P. 9–14. 2014. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2014.08.013
– Kotova G., Verigin M., Lemaire J., Pierrard V., Bezrukikh V., Smilauer J. Experimental study of the plasmasphere boundary layer using MAGION 5 data // J. Geophys. Res. V. 123. P. 1251–1259. 2018. https://doi.org/10.1002/2017JA024590
– Lemaire J.F., Gringauz K.I., with contributions from Carpenter D.L. and Bassolo V. The Earth’s Plasmasphere, 350 pp., Cambridge Univ. Press, New York. 1998. https://doi.org/10.1017/CBO9780511600098.
– Lemaire J.F. Hydrostatic equilibrium and convective stability in the plasmasphere // J. Atm. Solar-Terr. Phys. V. 61. № 11. P. 861–878. 1999. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(99)00044-9
– Newcomb W.A. Convective instability induced by gravity in a plasma with a frozen-in magnetic field // Physics of Fluids. V. 4. P. 391–396. 1961. https://doi.org/10.1063/1.1706342
– Sandel B.R., Goldstein J., Gallagher D.L., Spasojevic M. Extreme ultraviolet imager observations of the structure and dynamics of the plasmasphere // Space Sci. Rev. V. 109. P. 25–46. 2003. https://doi.org/10.1007/978-94-010-0027-7_2
– Verbanac G., Pierrard V., Bandic M., Darrouzet F., Rauch J.-L., Décréau P. The relationship between plasmapause, solar wind and geomagnetic activity between 2007 and 2011 // Ann. Geophys. V. 33. P. 1271–1283. 2015. https://doi.org/10.5194/angeo-33-1271-2015