Техника инверсии магнитограмм

J^p_ǁ0 = 2.0* l0^-7A/m².

Полный ток - 3.8 x 10⁵ A. Максимальная плотность к экватору половины токов принимаем:

J^Е_ǁ0 = 1.0* l0^-7A/m².

Полный ток может поэтому быть вычислен как 2.1 x 10⁵A. Здесь, индексы P и E стоят по направлению к полюсу и к экватору, соответственно, области продольного тока.

Рисунок 4.5a показывает модель расчета потенциала. Тут показывается, что эффект сетевых продольных токов может влиять на модель поля в полярной шапке. Поскольку плотность продольного тока, направленного к полюсу, берется удвоенной экваторной половине токов по всему местному времени, потенциал полярной шапки влияется только на продольные токи по направлению к полюс. Возможно, более поразительный момент - то, что потенциальные контуры, заключены в пределах относительно высоких широт в данном случае, указывают на продольные токи к экватору, эффективно заслоняя электрическое поле. Очевидно то, что относительная сила этих двух систем продольного тока определяет, как быстро поле заслонено около экваториальной кромки авроральных широт (см. Секту. 5.3 для детали недавних наблюдений). Отметим, что, хотя относительное отношение двух систем продольного тока дано в серии вычислений в этом разделе, это весьма зависимо от глобальной магнитосферной динамики. В частности как обсуждено в Разделе 3.2, плазменная совокупность в магнитосфере изменяет магнитосферную конвекцию вместе с ионосферными особенностями. Эффективность экрана высокоширотного электрического поля зависит некоторым решающим способом от относительной важности между ионосферным и магнитосферным Холловские электропроводности (Vasyliunas 1972).

Данные 4.5b показывают векторное распределение соответствующих ионосферных токов. Они характеризуются электроструями на восток в дневном секторе и на запад электроструями в утреннем полуночью секторе, где максимальная интенсивность почти равна для этих двух направлений. У электроструи направленной на восток есть направленная на север компонента также, как у направленной на запад электроструи есть направленная на юг компонента, кроме полуночного времени. Ионосферный ток в полярной шапке, особенно в ночной, очень мал, меньше чем 0.01 A/m. Интересно отметить то, что вопреки такой тенденции, эквивалентные ионосферные токи при авроральных широтах (не показанный здесь) лежат почти в точном направлении восток - запад, признак то что акт продольных ток, чтобы отменить землю магнитные эффекты между севером и югом компонента ионосферных токов.

Это ясно то что, что неоднородное распределение электропроводности делает весь процесс вычисления трудоемким, по сравнению с некоторыми из более ранних изучений вдоль в этой области (например. Lyatsky и др. 1974). Это неоднородное распределение электропроводности вызвается значительные искажения в глобальной модели электрического поля и соответствующей токовой системой, в согласии с наблюдениями во время возмущенных периодов. Как правило, считают, что вниз (или вверх) продольные токи совпадают с максимума (минимума) потенциальные точки, это верно только тогда, когда проводимость считать равномерным. Смещение между точкой максимального полного электрического поля и точкой пиковых продольных токов зависит от градиентов электропроводности так же как модели распределения продольных ток. 
 

Рисунок 4.5. Электрическое эквипотенциальное распределение (2 кВ очерчивают интервал); b векторное распределение ionosprrteric тока  
 
 

4.1.3 Времена суббури

Представлено модельное вычисление для максимальной фазы суббури среднего размера или "типичного" периода суббури. Отметим, что фактические суббури показывают чрезвычайно переменные процессы в системе ионосферы и магнитосфере. На основе наблюдения recentsatellite, главные особенности электрического тока во время периодов суббури могут быть суммированы следующим образом: (1) продольные токи ограничены областью аврорального овала. (2) продольные токи усилены значительно во время суббурь. (3) интенсивность вытекающих и втекающих токов вообще не равна. Чтобы характеризовать эти особенности, предполагается то что, что функции распределения плотности продольного тока

где P и E соответствуют направлению к полюсу и к экватору части продольных ток, соответственно, и верхний или нижний знаки взяты для положительные или отрицательные величины A. Для детали параметров, см. Kamide и Matsushita (1970b).

Полные downward field-aliened токи I^P_|| и I^E_|| составляют:

продольные токи по направлению к полюсу и к экватору, соответственно.

Одновременные наблюдения за крупномасштабными полярными сияниями и продольными токами со спутников DMSP и TRIAD занимались, например, Kamide, и Rostoker (1977) получившие, что есть по существу, по крайней мере, четыре различных области с различными авроральными яркостями, соответствующими различным направлениям и интенсивности продольных ток. Чтобы имитировать такие обстоятельства, четыре проводящих области учтены в модели. Как показано в рисунке 4.1, мы делим всю проводящую область на четыре области. В каждой из этих четырех областей интегральные электропроводности, как предполагается, дают Гауссовские функции распределения

где I = I, II, III, и IV. Максимальная электропроводность в каждой области взята

Область I представляет по направлению к полюсу половина утреннего аврорального овала, где текущий вниз продольный ток обычно наблюдается, и авроральная деятельность довольно слаба. II область имеет больше всего активных полярных сияний, включая направленный на запад скачок путешествия и структуру факела, обычно наблюдаются во время суббурь. Поэтому, самая большая величина электропроводности принята в этой области. В области III продольный ток принят вытекающим, ограниченым полярными сияниями, которые, однако, не столь ярки как в области II полярных сияний. Распространяющееся

Рисунок 4.6. Электрическое эквипотенциальное распределение (интервал контура на 8 кВ) по северному полушарию (0 = 90 ° экватор и = 0 °, полночь меридиан), для типичная суббуря. (Kamide и Matsushita 1979b) 

и довольно однородное полярное сияние как правило наблюдается в области IV, которая cо-расположена с втекающим током.

Рисунок 4.6 показывает расчетное распределение потенциала. Если потенциал на полюсе считается равным нулю в качестве одного из граничных условий, высокие и низкие потенциальные значения 88 и — 40 кВ, соответственно. Значительные различия между величинами этих величин указывают, как сильно градиенты электропроводности влияют на полное потенциальное распределение. Есть также значительное искажение эквипотенциальных контуров в пределах ночной неоднородности электропроводности, которая производит накопления объемных зарядов. Сравнение этой потенциальной модели для типичная модель суббури с рисунком, который 4.2 для спокойных периода показывают, как интенсивное авроральное повышение может изменить модель эквипотенциальных контуров в течение очень спокойных времен. Например, потенциальные центры подвергаются значительному сдвигу от спокойных периодов до суббурь; высокие потенциальные контуры перемещаются к полуночи, в то время как низкие контуры удаляются с полуночи.

Распределение ионосферных текущих векторов, показан в рисунке 4.7a, где отметим следующие важные особенности: (1) электроструя на восток втекает к экватору половина вечернего аврорального пояса, в то время как направленная на запад электроструя течет в более широких областях в вечерних и утренних секторах. (2) главная часть этих электроструй поставляется принятыми продольными токами, потому что ионосферный ток в полярной шапке и средних широтах очень мал. (3) У направленной на запад электроструи, кажется, есть два пика, один при предварительной полночи и один в начало утренних часов. Максимальная плотность тока направленной на запад электроструи в предполуночном секторе создана, прежде всего, принятой высокой электропроводностью, связанной с полярным сиянием. С другой стороны, направленная на запад электроструя в утреннем секторе происходит главным образом в результате большого электрического поля там, хотя вклад от увеличенной электропроводности не незначителен. У утренней электроструи есть значительное направленное на юг составляющее, которое соединяет втекающий продольный ток (на север) и вытекающий ток (на юг) посредством ток Педерсена. (4) Электроструя на восток - приблизительно одна треть, менее интенсивная, чем направленная на запад электроструя, результат в хорошем соответствии со статистическими результатами, данными Kamide и Фукусимой (1972). (5) У электроструи на восток есть направленное на север составляющая, которая становится более интенсивным с продвижением местного времени; даже полностью направленный на север ток замечен в предполуночном секторе. Это означает то что, что значительная часть электроструи на восток поворачивает направленной на север и в конечном счете, со временем присоединяется к направленной на запад электроструи (Baumjohann и др. 1980).

 Рисунок 4.7b представляет распределение эквивалентных текущих направлений потока. Есть два основных отличий между рисунком 4.7a и b. Во-первых, величина электроструи находится меньше в эквивалентных токах, чем в реальном ионосферном токе, что свидетельствует о местах продольных токов, что бы отменить часть ионосферных текущих эффектов. Во-вторых, хотя у электроструй есть направленные на север и направленные на юг компоненты в вечерних и утренних секторах, соответственно, эквивалентный поток электроструй направлен почти на восток - запад. Это указывает на то, что на малое или нулевое волнение компоненты склонения в земле магнитные наблюдения при авроральных широтах во время суббури не обязательно означают то что, что электроструи текут только в направлении восток - запад. Также интересно отметить то, что в полярной шапке, чрезвычайно около авроральных широт в темном секторе, эквивалентные текущие векторы направлены от заката до рассвета, состоя из эквивалентных токов "возвращения" авроральных электроструй. Поскольку есть небольшой ионосферный электрический ток в области, эти очевидные токи возвращения - эффекты продольного тока. Таким образом, направленные к Солнцу магнитные волнения в полярной шапке, как правило, наблюдаемой во время суббурь, в самом деле, несомненно, созданы продольными токами, а не ионосферными токами. Интересно то, что даже электроструя, текущая на восток в вечернем секторе, походит на ток возвращения от направленной на запад электроструи, текущей на более высокой широте того же самого меридиана.

 Kamide и Matsushita (1979b) имитировали изменчивость ионосферных электрических полей и токов относительно распределения продольных токов, которое значительно изменяется во время магнитосферных суббурь. Изменения в нескольких параметрах до реалистической степени типичной модели суббури были приняты. Эти изменения - эффекты вариаций интенсивности и сдвигов локализации для продольных токов; эффекты вариаций электропроводности и сезонных изменений; и эффекты дополнительных продольных ток и расширенного аврорального овала. 

4.1.4 Структура острого выступа

Магнитосферы конвекции и связанных с электродинамикой процессы на дневной ионосфере сильно зависит от условий в солнечном ветре, в частности, от ориентации межпланетного магнитного поля (см. Секту. 2.1.3). Дневной касп отделяет, линия геомагнитного поля, которые закрываются на дневной стороне магнитосферы от тех, то что тянутся в магнитосферном хвосте. Ряд продольных токов, что полное высокоширотных ионосферных токов играет ключевую роль в этой интересной области прямых контактов между солнечным ветром и ионосферой. Этот раздел имеет дело с простыми моделями, чтобы проверить, как хорошо моделирование может воспроизвести наблюдаемый результат ионосферных электрических полей. 

  Rich и Kamide (1983) и Банки и др. (1984) интерпретировали эту проблему распределения высокоширотных, дневных электрических полей и токов почти идентичными способами. Приняли, что высокоширотное электрическое поле является результатом прямой связи между межпланетным электрическим полем и дневной ионосферой через продольные токи. Их моделирующая программы решают уравнение стационарного состояния для сохранение тока при использовании моделей продольных ток и интегральных ионосферных электропроводностей, включая сезонную, геомагнитную деятельность, и изменения солнечного ветра. Влияние межпланетного магнитного поля может быть описано разложением дневных продольных токов, в которых системы отдельно управляются межпланетным магнитным полем B_y и B_z  компонентами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   O Ток из ионосферы

Рисунок 4.8. b Полярный график ионосферного потенциального распределения, связанного с каждым из распределений токов, показанных в a. Интервал контура составляет 8 кВ. Нулевая потенциальная кривая пересекает центр полярной шапки; сплошные контуры указывают на положительные величины, и пунктирные контуры указывают на отрицательные величины. (Клоер и Фриис-Кристенсен 1988) 

  На более свежем изучении Клоер и Фриис-Кристенсен (1988) усовершенствовали схему моделирования Банков и др. (1984) и Clauer и Banks (1986). Обработка адресует более тщательно ситуацию для межпланетное магнитное поле, и направленное на север и направленное на юг, включением широтных изменений в системах продольного тока, когда межпланетное магнитное поле измененияет знак. Девять графиков в рисунке 4.8a показывают изменчивость относительно межпланетного магнитного поля распределений продольного тока, примененных в Клоере и Фриис-Кристенсене (1988). В их модели было принято, что есть ряд независимых дневных систем продольного тока, каждой из которых отдельно управляет межпланетное магнитное поле B_y и B_z  компоненты. Система DPY (Фриис-Кристенсен и Вилхджелм, 1975; Wilhjelm и др. 1978), состоит из пары противоположно направленных токовых слоев, ориентируемых в длину через полдень меридиан (см. Секту. 2.1.3). Связанная с изменениями в межпланетном магнитном поле компонента B_y, система DPY выводит. Один из токовых слоев cо-расположен с Областью 1 тока, и другой расположен по направлению к полюсу. Для южный межпланетного магнитного поля (B_z <0), с другой стороны, система продольного тока, названная DPZ, является текущим клином с током, вытекающим из предполуденной магнитопаузы в ионосферу при широте 1 токовой области и из ионосферы в 1 токовой области постполудня. Во время направленного на север межпланетного магнитного поля, совмещенная к полю система DPZ (то есть система NBZ в Секте. 2.1.3), подобный текущий клин с противоположными текущими направлениями, но расположенный по направлению к полюсу граничный из острого выступа. Модель в центре в рисунке 4.8a показывает так называемую базовую (B_y и B_z  = 0) конфигурацию, в которой, никакой эффект межпланетного магнитного поля не вовлечен.