B y в плазменном слое геомагнитного хвоста А.А. Петрукович, ИКИ РАН

1. Byв 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

2. Магнитосфера в плоскости XZ GSM YGSM Сезонный сдвиг! ZGSM XGSM BxиBz: диполь и поперечные токи By: ММП By,эффекты 3-мерности хвоста (продольные токи)

3. мотивы - 1 Petrukovich et al JGR 2007 Данные Cluster 2001-2004 Наблюдаем 30% «большой» By |By| > 5, By >ММПByбольшой» By отмечался и ранее в отдельных примерах: Sergeev et al JGR 1993, McComas et al JGR1986 ? 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

4. x x x x x x x x x x Мотивы - 2 B J 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!) ZGSM YGSM

5. Статистика Geotail 11 лет 1995-2005|Y|< 15 RE , |Y|<|X|, –31 < X< –8 RE , |Z|< 5RE 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

6. Модель нейтрального слоя Учет влияния деформации хвоста на Byтребует 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, ММПByi Bzi hinge warp twist Внимание: предполагаем, что магнитное поле в среднем «привязано» к нормали нейтрального слоя: неочевидный факт!

7. Учет flaring Направленность магнитного поля к Земле на флангах создает компонентByflaring ~ a * Bx -14 > X>-16 RE

8. Учет flaring необходимо учесть искажения из-за наклона нейтрального слоя в плоскости XZ, в основном, hinging вблизи Земли Bx Bx’ Угол берем из TF04, поправка дает 1-2 нТл вблизи Земли Byflaringбыл вычтен из Byсразу, до последующего анализа, и в финальную модель не входит.

9. Проникновение ММП

10. Учет twist В TF04 наклон слоя на -8…-31 RE весьма мал < 10 градусов тогда Это небольшая добавка, немного уменьшающая «проникновение ММП» Учитывать её отдельно или нет в данной работе – дело вкуса

11. Вклад warping Пример профиля нейтрального слоя для зимы Как реагирует магнитное поле на задирание флангов ? Если магнитное поле привязано к нормалии угол мал, то

12. Вклад warping Сравнение Bywarp и эксперимента By-ByIMFдля 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!

13. Вклад warping Ближе к Земле магнитное поле наклонено больше, чем требует наклон слоя MHD BATSRUS, CCMC GSFC Модель Т96, срез на X=-15 RE Эффект составляет в максимуме менее 1 нТл, не учитываемв модели, но помним

14. Новый эффект Bytilt в отличие от warp cимметричен отн. Y для -30 < X < -20 и |Y| < 10 дает ±1 нТл

15. Новый эффект Bytilt Коэфф. регрессии между Yи By-ByIMF, By-ByIMF-Bywarp,Y>0 и Y<0 После вычитанияBywarpпоявляется симметричный Bytilt±1-2 нТл остатки составляют в пределах 0.5 нТл

16. Финальная модель By Магнитное поле в нТл, X, Yв RE, Yв 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

17. «большие» Byи 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

18. Эффекты меньшей амлитуды (не вошедшие) 1. Остатки зависимости Byот 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)

19. Эффекты меньшей амлитуды (не вошедшие) 2. Аддитивность Bytiltи ByIMF предполагали, что два эффекта независимы eсли эффект сезона работает как модификация основного эффектаММП, то Проверяем коэфф регрессии по Yна зависимость от Byi По крайней мере на 60% эффект аддитивный На больших ММП может сказываться эффект усиления

20. 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

21. 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.

22. Результаты - 2 Новый компонент поля Byв 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 градиенте освещенности Конвекция при ММП By > 0