Possible plasma dynamics in nighttime magnetosphere associated with Pi 2 onset as observed from dip-equator

Abstract

Based on the ground data of fluxgate magnetometer observations carried out at the dip-equator, Saka et al. examined statistically a concurrent onset signature of magnetic field changes with Pi 2 pulsation, as observed by the geosynchronous satellites GOES 5 and GOES 6. In this report, the statistical results obtained by Saka et al. are summarized and the model of the Pi 2 onset in the substorm expansion onset at the gyosynchronous altitudes is discussed. The observations described by Saka et al. can be summarized in terms of the initial perturbations both in H, V, and D components and in B, theta and phi of spherical representations in dipole coordinates. The initial perturbations as described above were best interpreted as indicating a set up of eastward currents at the Pi 2 onset, in the region south of the satellite latitudes (9 to 11 degree). It is worthy of note that the field lines threading the satellite latitudes would often stretch tailward reaching the plasma sheet. If it is assumed that hot plasmas diffused quickly along these lines at the substorm expansion, plasmas may fill the flux tube that is emanating from the chaotic domain in the plasma sheet. Then, the magnetic stress balances the plasma therein by exciting diamagnetic currents. The diamagnetic currents increase the curvature of the surrounding field lines. These are propagated with the Alfven velocity along the field lines until being reflected back again from the ionosphere forming standing oscillations. The diamagnetic current generates the field-aligned current at the eastern and western edge of the flux tube. If this scenario can be adapted to the formation of the current sheets at Pi 2 onset, the observed current sheet may correspond to the diamagnetic current flowing in the inner boundary. The field-aligned current in the inner edge amplifies the decrease of the field magnitude at the geosynchronous altitudes, together with the effect from the inner part of the diamagnetic current. Because the field-aligned current forms a current pair with opposite polarity in both the eastern and western edge, the pair current oscillates as a field line resonance.

伏角赤道で行ったフラックスゲート磁力計観測の地上データに基づき、Sakaらは静止衛星GOES5とGOES6により観測されたように、Pi2脈動の開始に伴い同時に発生する磁場変化の兆候を統計的に調べた。本報告では、Sakaらが得た統計的な結果を要約するとともに、サブストーム爆発の開始における静止衛星の高度でのPi2脈動開始のモデルを論じた。Sakaらが説明した観測は、H、V、D成分と双極座標での球面表示B、θ、φの両方における初期擾乱により説明できる。上記の初期擾乱は、衛星高度(9?11度)の南側領域で、Pi2開始のときに東向き電流が発生するとして良く説明できる。衛星高度を通る磁力線がプラズマシートに達するように尾を引いていることは注目すべきことである。サブストーム爆発時にこれらの磁力線に沿ってホットプラズマが急速に拡散していくとすれば、プラズマはプラズマシートの中でカオス的領域から発する磁束管を満たすであろう。そして磁気応力は、反磁性電流を励起してそのプラズマの釣り合いを保つ。反磁性電流は、周囲の磁力線の曲率を増大させる。これらの作用は電離圏から再び反射されて戻り、定在振動を形成するようになるまでアルベーン速度で伝播していく。反磁性電流は、磁束管の東端および西端で沿磁力線電流を生じさせる。この予測がPi2開始時における電流シートの形成に適用するならば、観測される電流シートは内部境界に流れ込む反磁性電流に対応するであろう。内部端における沿磁力線電流は、反磁性電流の内部からの効果とともに、静止高度での磁場強度の減少を増幅する。沿磁力線電流は東端と西端で極性が反対の電流対を形成するので、対電流は磁力線共鳴として振動する。