Pulsacje Pc1/Pc5 Kilometrowego Promieniowania Radiowego Ziemi (AKR)

Transkrypt

1 Pulsacje Pc1/Pc5 Kilometrowego Promieniowania Radiowego Ziemi (AKR) Roman Schreiber Centrum Badań Kosmicznych PAN 1 / 42

2 Zorza polarna na Alasce zdjęcie Jan Curtis 2 / 42

3 Zorza polarna (Iowa) 3 / 42

4 Zorza widziana z orbity wokółziemskiej 4 / 42

5 Mapa występowiania zórz Elias Loomis (1860) 5 / 42

6 Zorza jest produktem ubocznym znacznie bardziej rozległych zjawisk 6 / 42

7 Prosta klasyfikacja obszarów związanych z generacją zórz i AKR 7 / 42

8 Bardziej kompletne zestawienie aktywnych obszarów magnetosfery 8 / 42

9 Źródło AKR i jego odwzorowanie na owalu zorzowym 9 / 42

10 Źródło AKR - I 10 / 42

11 Źródło AKR - II Warunki niezbędne dla niestabilności masera cyklotronowego fpe/fce << 1 f/ vperp > 0 tzn. rozkład prędkości w kształcie podkowy Ziemski AKR: powstaje na liniach sił pola magnetycznego w obszarach akceleracji powyżej strefy zórz AKR zaobserwowano dla wszystkich planet jowiszopodobnych Może być również odpowiedzialne za promieniowanie radiowe gwiazd i AGN Begelman, Ergun, Rees 2005 ApJ 11 / 42

12 Źródło AKR - III FAST Observations of AKR Source Region (Ergun et al. Ap. J. 538, 456) Shell instability 12 / 42

13 Związek źródeł AKR z dyskretnymi łukami zorzowymi - I 13 / 42

14 Związek źródeł AKR z dyskretnymi łukami zorzowymi - II 14 / 42

15 Pulsacje AKR - I 15 / 42

16 Pulsacje AKR - II 16 / 42

17 Pulsacje AKR - III 17 / 42

18 Inny przykład 18 / 42

19 Jeszcze jeden przykład 19 / 42

20 Tutaj częstotliwość modulacji jest około 1.3 mhz 20 / 42

21 Te same pulsacje widoczne są z dwóch różnych satelitów 21 / 42

22 Wiatr słoneczny wzbudza drgania linii sił ziemskiego pola magnetycznego 22 / 42

23 Obszarów pobudzanych do drgań może byc więcej 23 / 42

24 Częstotliwości pulsacji dla 115 przypadków (obserwacje POLRADa) 24 / 42

25 Łuki zorzowe świecą zgodnie z pulsacjami AKR / 42

26 Chandra zaobserwowała pulsujący obszar na Jowiszu 26 / 42

27 Prawdopodobnie również związany z FLR 27 / 42

28 Zorze zmieniają się również na Saturnie 28 / 42

29 Skandynawska sieć magnetometrów IMAGE 29 / 42

30 Pulsacje pola magnetycznego związane z FLR 30 / 42

31 Co wynika z naszych obserwacji 31 / 42

32 Chociaż źródła AKR są dość daleko od stacji IMAGE / 42

33 Podsumowanie I udało się nam zaobserwować około 60 przypadków pulsacji AKR w zakresie 1 4 mhz odpowiadających zakresowi pulsacji Pc-5 ziemskiego pola magnetycznego w wielu wypadkach można mówić o modulacji intensywności AKR - obecne w widmie drobne struktury pojawiają się i znikają w takt pulsacji istnieje wyraźna korelacja (r = 0.87) pomiędzy częstotliwościami pulsacji AKR a obserwowanymi w tym samym czasie w obrębie skandynawskiej sieci magnetometrów IMAGE częstotliwościami FLRów co wskazuje na związek obydwu zjawisk przyczyną modulacji AKR są pola elektryczne równoległe do kierunku pola magnetycznego generowane przez stojące inercyjne (kinetyczne) fale Alfvéna będące wynikiem nieliniowej ewolucji rezonansu linii sił pola magnetycznego szczegóły w pracy: J.Hanasz, H. de Feraudy, R. Schreiber, and M. Panchenko, Pulsations of the auroral kilometric radiation, Journal of Geophysical Research, 111, doi: /2005ja011302, / 42

34 Popatrzmy teraz na AKR w znacznie krótszej skali czasowej... (1) (2) (3) 34 / 42

35 Ewolucja mocy AKR w czasie (zintegrowanej w pasmie emisji) s Time [s] / 42

36 Skalogram mocy AKR - integracja w pasmie khz s / 42

37 Analogia Tamao Chi and Russell, 2005 Fale EMIC generowane w obszarze równika geomagnetycznego wędrują w kierunku Ziemi aby następnie zmierzać do obszaru generacji AKR (transformując się po drodze do kinetycznych fal alfvenowskich). Niosą z sobą sygnaturę częstotliwościową obszaru równika w którym powstały częstotliwość cyklotronowa protonów i modulują natężenie AKR w źródle (podobnie do fal EMIC generowanych znacznie bliżej źródeł AKR i omawianych przez Xin'a i Menietti'ego w ich ostatniej pracy (2007)) 37 / 42

38 Model gęstości elektronowej (Denton et al., 2004) 38 / 42

39 Dopasowanie Najlepsze dopasowanie zapóźnień czasowych w funkcji położenia obszaru generacji fal EMIC w płaszczyźnie równika geomagnetycznego. Odległości pomiędzy kolejnymi maksimami modulacji natężenia AKR odpowiadające zmiennemu okresowi fal EMIC zostały przeliczone na wartości parametru McIllwaina L (za pośrednictwem równikowej częstotliwości cyklotronowej elektronów. Czas zapóźnienia został obliczony jako suma dwóch całek (zapóźnienie w płaszczyźnie równika i wzdłuż linii sił pola magnetycznego odpowiadającej danej wartości L). Użyty został model dipolowy pola magnetycznego i model koncentracji elektronowej Denton et al., (2004). 39 / 42

40 Wąsy na niskich częstotliwościach 40 / 42

41 Jeszcze inny przykład - striations zmieszane z pulsacjami 41 / 42

42 Podsumowanie II potrzebny jest bardziej realistyczny model pola magnetycznego (Cyganienko) nie znamy ew. zależności zjawiska od globalnych indeksów aktywności magnetosferycznej (jak np. index Kp) model równikowy jest wrażliwy na geometrię pola magnetycznego dla analizowanych przypadków nie znamy położenia źródeł AKR podobna charakterystyka częstotliwościowa zjawiska może powstać w wyniku oddziaływania z falami EMIC produkowanymi lokalnie aby uzyskać ten sam zakres częstotliwości zakładamy emisję fal EMIC poprzez jony tlenu powstawanie wąsów można wyjaśnić wchodzeniem fal Alfvena z góry do coraz rzadszych obszarów wnęki w której generowany jest AKR 42 / 42