Ion temperature in the polar cap observed by Supra-thermal Ion Mass Spectrometer on Akebono Satellite

Abstract

Mass resolved ion temperatures in the polar cap at altitudes between 2,000 and 10,000 km are studied statistically based on observations made by Suprathermal ion Mass Spectrometer (SMS) on the Akebono satellite. Ion temperature is obtained by calculating the zeroth, first, and second order moments of two-dimensional ion distribution functions. The method provides not only ion temperature but also parallel and perpendicular temperatures with respect to the magnetic field, by assuming a bi-Maxwellian distribution. Also, the moment calculation provides other plasma quantities such as density and drift velocities. The statistical analysis uses the SMS data acquired over the northern polar region for almost three years. Average altitude profiles of ion temperature for H(+), He(+), and O(+) ions decrease with the increase of altitude up to about 6,000 km, and above this altitude ion temperature becomes constant or shows a slight increase with altitude. The ratio T(sub parallel sign)/T(sub perpendicular sign) is almost 1.0 for H(+), while this number increases with ion mass below 6,000 km. The difference is due to the higher T(sub perpendicular sign) for H(+) than other ions, and suggests strong frictional heating of H(+) ions under the polar wind condition.

高度2000-10000kmでの極冠の質量分析したイオン温度をあけぼの衛星に搭載された超熱イオン質量分析計(SMS)により観測したデータに基づいて統計的に研究した。イオン温度は2次元イオン温度関数の0次、1次および2次モーメントを計算することにより得られる。この方法はイオン温度を与えるだけでなく、bi-Maxwell分布を仮定することにより、磁場に対して平行および垂直な温度も得られる。また、モーメント計算から、密度やドリフト速度のようなその他のプラズマ量も得られる。統計解析には、北極上空で入手したほゞ3年分のSMSデータを使用する。H(+)、He(+)、ならびにO(+)イオンに対するイオン温度の平均高度プロフィールは約6000kmまでは高度が増すにつれて減少するが、この高度を超えると、イオン温度は高度の増加に対して一定か、やゝ増加の傾向を示す。H(+)に対する平行/垂直温度比はほゞ1であるが、この値は6000km以下ではイオンの質量が増すに従って増大する。この差はH(+)イオンに対する垂直温度の値が他のイオンの場合より高いことが原因と考えられるが、極の風の条件下でH(+)イオンが強力な摩擦加熱を受けることを示唆してる。