Relationship between neutrals and ions in the auroral E-regions verified by simultaneous FPI and VHF radar observations at Syowa

Abstract

In order to clarify the relationship between neutrals and plasmas in auroral E-region, neutral wind and plasma drift data obtained simultaneously by a Fabry-Perot Doppler Imaging System (FPDIS) and a VHF (Very High Frequency) radar, respectively, installed at Syowa Station (66.4 deg. MLAT (Magnetic Latitude)), Antarctica, have been analyzed. Line of sight velocities of neutral winds in the E-region covered by the VHF radar were obtained from FPDIS 557.7 nm observations by setting the field-of-view poleward with a slant objective mirror (FOV (Field Of View) = 42 deg). On the other hand, E-region plasma (ExB) drifts were estimated from the Doppler velocities of electron density irregularities obtained by the VHF radar. From case studies for three nights, the following results were obtained. For small-scale temporal variations with a time constant less than one hour, velocity variations of neutral winds agree well with those of plasma drifts. In the E-region, since the neutral-ion momentum transfer collision frequency (approximately 0.01 s) is much less than the ion-neutral momentum transfer collision frequency (greater than 1 d), it is obvious that those temporal plasma drifts were driven by neutral-driven electric fields, which were generated by neutral-ion collisions. From the velocity ratio between large-scale and small-scale plasma drifts, it is suggested that the ratio between the magnetospheric electric fields and the neutral-driven electric fields was approximately three. In this presentation temperature variations obtained by FPDIS will be reported since those small-scale neutral winds were probably driven by pressure gradient force generated by Joule and particle heating associated with auroral activities.

オーロラE領域における中性大気とプラズマの関係を明らかにするために、南極昭和基地(66.4度MLAT(磁気緯度))のファブリー-ペロー・ドップラー画像装置(FPDIS)と超短波(VHF)レーダによる同時観測より得られた中性粒子風とプラズマドリフトの観測データの解析を行った。VHFレーダにより測定されるE領域中性粒子風の視線は557.7nmのFPDIS観測から得られた。測定は傾斜した対物鏡(FOV(視野)42度)を用いて観測視野を極方向に向けて行った。一方、E領域プラズマ(ExB)ドリフトはVHFレーダで観測される電子密度異常のドップラー速度から見積もった。3夜の測定から、以下の結果が得られた。時定数1時間以下の小規模な一時変動に関して、中性粒子風の速度変動はプラズマドリフトの変動と良く一致する。E領域では、中性粒子-イオン運動量輸送衝突数(0.01秒)がイオン-中性粒子運動量輸送衝突数(1日)に比べて非常に小さいことから、このような一時的なプラズマドリフトが、中性粒子-イオン衝突によって生じる中性粒子誘起電場により誘起されることは明らかである。大規模および小規模のプラズマドリフトの速度比から、磁気圏の電場と中性粒子誘起電場の比はおよそ3程度であったと考えられる。この研究では、FPDISから得られた温度変化を報告する。このような小規模の中性粒子風は、オーロラ活動に伴うジュール加熱および粒子加熱により生じる圧力勾配力によって引き起こされていると考えられるからである。