Interhemispheric conjugacy of auroral poleward expansion observed by conjugate imaging riometers at approximately 67 deg and 75 deg-77 deg invariant latitude

Abstract

Interhemispheric conjugacy of auroral poleward expansion was studied using conjugate imaging riometers at approximately 67 deg inv. (invariant latitude) (Syowa Station, Antarctica, and Tjornes, Iceland) and at 75-77 deg inv. (Zhongshan Station. Antarctica; Longyearbyen, Svalbard; and Danmarkshavn, Eastern Greenland). Ninety poleward expansion events at approximately 67 deg inv. observed in 1992-1993 were analyzed. The expansion at this latitude was characterized by a continuous poleward motion of Cosmic Noise Absorption (CNA) bands with a velocity distribution that peaked at 1 - 1.5 km/s at a polar ionospheric altitude of approximately 90 km. The velocity distribution has another apparent peak at 3 - 5 km/s when measurements are made along the meridian. However, approximately 60 percent of the events forming this peak are overestimated because the motion of the CNA region's front was observed while the front was tilted away from the east-west direction. The differences in expansion velocity between conjugate stations remained within +/- 30 percent for half of the events. The time lag between the passages of a CNA band over conjugate stations was typically between 30 - 60 s. The product of this time lag and the poleward expanding velocity provides the location of the actual conjugate point. For 87 percent of the total number of events, the conjugate point for Syowa was located within +/- 200 km of Tjornes. The poleward expansion observed at 75-77 deg inv. was characterized by a stepwise progression of CNA bands to higher latitudes. In other words, new CNA bands formed 50 - 180 km poleward of the preceding CNA band. The appearance of a new CNA band was often associated with an equatorward motion of the preceding CNA band. Equatorward moving CNA bands are thought to be located in a closed fieldline. The persistence of this band for several minutes was explained by pitch angle scattering of the trapped electrons as a result of a very stretched fieldline configuration in which the fieldline curvature was comparable to the Larmor radius of the trapped electrons. Although the conjugate pair used at these latitudes was displaced longitudinally by approximately 500 km, conjugacy was generally good. If a time lag of +/- 15 min is allowed, 52 percent of the CNA events observed at Longyearbyen had a counterpart at Zhongshan, and 40 percent had a counterpart at Danmarkshavn. This rather high level of conjugacy suggests that the characteristic longitudinal extent of the poleward expanding CNA bands is on the order of 500 km in the polar ionosphere.

共役撮像リオメータを用いて、67度inv.(不変磁気緯度)近傍(南極大陸の昭和基地、アイスランドのTjornes)および75-77度inv.(南極大陸Zhongshan基地、スバルバードのLongyearbyen、および東グリーンランドのDanmarkshavn)オーロラの極方向への拡大の南北半球間の共役性を研究した。1992年から1993年にかけて、67度inv.(不変磁気緯度)近傍(南極大陸の昭和基地、アイスランドのTjornes)で観測された90回の極方向拡大現象を解析した。この磁気緯度での拡大は、極電離圏の高度90km付近において、1?1.5km/secにピークが位置する速度分布を持った銀河宇宙電波雑音吸収(CNA)帯が連続した極方向へ移動するという特徴があった。この速度分布は子午線方向に沿って観測したとき、3?5km/secにもう1つの明瞭なピークを持つ。しかし、このピークを形成する事象の約60%は、CNA領域先端が東西方向から傾いているときに観測されているので、過大評価されている。共役基地間での拡大速度の違いは、事象の半数に対して±30%以内に留まった。共役基地上をCNA帯が通過する遅れは、概して30?60秒であった。この遅れと極方向拡大速度の積は、実際の共役点の位置を与える。全事象の87%に対して、昭和基地に対する共役点はTjornesの±200km以内に位置した。75?77度inv.で観測された極方向への拡大は、CNA帯が高緯度地域へ徐々に進行するという特徴があった。新しいCNA帯の出現は、しばしば先行するCNA帯の赤道方向の運動に伴った。赤道方向へ移動するCNA帯は、閉じた磁力線の内側に位置するものと考えられる。CNA帯の数分にもわたる持続は、磁力線の極率が捕獲電子のラーモア半径と同程度である非常に広がった磁力線構成の結果として捕獲された電子のピッチ角散乱により説明される。これらの緯度で用いられた共役対は経度的には約500km離れてはいるものの、その共役性は全般的に良い。±15分の遅れを考慮に入れるなら、Longyearbyen で観測されたCNA事象の52%はZhongshanに共役点を持ち、40%はDanmarkshavnに共役点を持つ。この高い共役性は、極方向に拡大するCNA帯の経度方向への特徴的な拡がりが、極電離圏では500kmのオーダであることを示唆している。