Interakce meziplanetárních rázových vln (IPS) s foreshockem a jejich odezva v magnetosféře Země Kateřina Andréeová Lubomír Přech

Osnova Motivace Motivace Rázové vlny a diskontinuity Rázové vlny a diskontinuity Struktury okolo Země Struktury okolo Země Interakce IPS s BS Interakce IPS s BS Přiklady pozorování Přiklady pozorování Závěr Závěr

Motivace Sluneční aktivita ovlivňuje všechny procesy v magnetosféře ZeměSluneční aktivita ovlivňuje všechny procesy v magnetosféře Země je třeba tyto jevy předvídat na základě monitorování sluneční činnostije třeba tyto jevy předvídat na základě monitorování sluneční činnosti Projevy sluneční aktivity zprostředkovává SW se zamrzlým magnetickým polem formou různých struktur a nestabilitProjevy sluneční aktivity zprostředkovává SW se zamrzlým magnetickým polem formou různých struktur a nestabilit Další poruchy a nestability jsou generovány interakcí SW s magnetosférou ZeměDalší poruchy a nestability jsou generovány interakcí SW s magnetosférou Země

Parkerova spirála

Diskontinuity Kontaktní nespojitost B n ≠ 0 Kontaktní nespojitost B n ≠ 0 Tangenciální nespojitost B n = 0 Tangenciální nespojitost B n = 0 Rotační nespojitost u n = konst Rotační nespojitost u n = konst

Rázové vlny Paralelní rázová vlna Paralelní rázová vlna Perpendikulární rázová vlna Perpendikulární rázová vlna ve většině případů se jedná o šikmou rázovou vlnu... B n ≠ 0 a B t ≠ 0 ve většině případů se jedná o šikmou rázovou vlnu... B n ≠ 0 a B t ≠ 0 rozlišujeme tyto případy: rozlišujeme tyto případy: rychlá rázová vlna rychlá rázová vlna pomalá rázová vlna pomalá rázová vlna Rázová vlna v sw NpNpNpNp V th B Rychlá FS vzrůstáVzrůstáVzrůstávzrůstá Rychlá RS vzrůstáklesáklesáklesá Pomalá FS vzrůstávzrůstávzrůstáklesá Pomalá RS vzrůstáklesáklesávzrůstá  Bn

Struktury okolo Země Ion Foreshock Electron Foreshock

Interakce meziplanetárních rázových vln a diskontinuit s BS BS a IPS/RD/TD/MHD vlny před kolizí rozdělují prostor na 3 oblasti BS a IPS/RD/TD/MHD vlny před kolizí rozdělují prostor na 3 oblasti BS může interagovat se 4 případy IPS: BS může interagovat se 4 případy IPS: FFS - forward fast shock FFS - forward fast shock RFS - reverse fast shock RFS - reverse fast shock FSS - forward slow shock FSS - forward slow shock RSS - reverse slow shock RSS - reverse slow shock BS může interagovat se 2 případy RD: BS může interagovat se 2 případy RD: Forward RD Forward RD Reverse RD Reverse RD Interakcí TD s BS za určitých okolností vznikne HFA Interakcí TD s BS za určitých okolností vznikne HFA BS může interagovat se 3 typy MHD vln: BS může interagovat se 3 typy MHD vln: Slow-Mode Wave Slow-Mode Wave Fast-Mode Wave Fast-Mode Wave Alfvén-Mode Wave Alfvén-Mode Wave

Interakce meziplanetárních rázových vln a diskontinuit s BS Po interakci IPS a RD s BS se může vytvořit až 6 různých oblastí oddělených následujícími strukturami: Po interakci IPS a RD s BS se může vytvořit až 6 různých oblastí oddělených následujícími strukturami: BS - bow shock BS - bow shock FS - fast shock FS - fast shock SE - slow expansion wave SE - slow expansion wave CD - contact discontinuity CD - contact discontinuity SS - slow shock SS - slow shock IS - intermediate shock IS - intermediate shock

Schématický obrázek interakce IPS s BS a MP: Time X S S´S´ BSMP CD BS´ MP´ Solar wind Magnetosphere MSH

magnetic field flux ACE Wind IMP-8 Interball-1 Geotail Forward fast shock: Wind v čase 0031 UT, Interball-1 v čase 0048 UT ACE, Wind, IMP-8, Interball-1 a Geotail ve slunečním větru Interball-1 před kvazi-paralelní BS Interball-1 pozoroval pomalý nárůst magnetického pole a toku plazmatu ACE, Wind, IMP-8, Geotail ~ 30 s Interball-1 ~ 17 min Wind: n = (-0.53,-0.44,0.73) RH M A(U) = 6.9 M A(D) = 3.5

B

GOES8 Polar x x x x Q║Q║ Q║Q║ Q║Q║ ACE Wind IMP-8 Interball-1 Geotail Forward fast shock: Wind v čase 2008 UT, Interball-1 v čase 2021 UT ACE a Wind ve slunečním větru, Interball-1 v MSH, Geotail, Polar a GOES v magnetosféře Po průchodu FFS se změnila IMF konfigurace → Geotail v oblasti za Q║ BS Wind: n = (-0.78,0.28,0.55) MX M A(U) = 10.1 M A(D) = 7.4 B D / B U = 2.1

GOES8 Polar x x x x Q║Q║ Q║Q║ Q║Q║ GOES8 Polar x x x x Q║Q║ Q║Q║ Q║Q║ GOES8 Polar x x x x Q║Q║ Q║Q║ Q║Q║ Q║Q║ Q║Q║ Q║Q║ Q║Q║ Q║Q║ Q║Q║ Q║ Polar GOES8 x x x x

Interball Interball-1 Geotail GOES8 20:18 Polar 20:19 y=5*Btot(P) – 1000nT 20:20 Interball-1 GOES 8 Geotail

Shrnutí a závěr 1. Pozorování ze dne ukázal případ, kdy se družice Interball-1 vyskytovala ve slunečním větru v oblasti před kvazi-paralelní rázovou vlnou – v oblasti foreshocku. Další data ze slunečního větru byly: ACE, Wind, Geotail a IMP-8. Na těchto družicích byl pozorován ostrý náběh v magnetickém poli a toku plazmatu slunečního větru, řádově 30 s. Interball-1 pozoroval pomalý nárůst magnetického pole a toku plazmatu, řádově 17 minut. Další data z magnetosféry nebyly k dispozici.

Shrnutí a závěr 2. Pozorování ze dne v zemské magnetosféře ukazuje porovnatelné amplitudy a podobný náběh magnetického pole. Interball-1 pozoroval menší nárůst v amplitudě (řádově 20%), v MSH. Polar byl blízko u Země (MS), takže pozoroval malý skok v magnetickém poli. Po průchodu IPS se změnila konfigurace IMF. Poté se Geotail dostal za kvazi-paralelní rázovou vlnu. Pozoroval v magnetosféře fluktuace magnetického pole, což bylo pravděpodobně způsobené foreshockem. GOES 8 pozoroval menší fluktuace než Geotail – byl dále (ve směru ke Slunci) od Geotailu a tak pozoroval fluktuace, které mají původ v magnetosféře Země. Odhadnuté kolmé vzdálenosti k magnetopauze byly: 1.5 a 1.6 RE, pro 2 S/C.