Dynamics of the Jovian magnetotail

Kronberg, Elena Aleksandrovna

Mit Hilfe des Satelliten Galileo, der um Jupiter kreist, konnte nachgewiesen werden, dass periodische Prozesse mit einer Zeitskala von einigen Tagen eine wichtige Rolle für die Dynamik der Jupitermagnetosphäre spielen. Es wird angenommen, daß das System innerhalb dieses Zeitraumes überschüssige Masse auswirft. Diese Prozesse werden mit Hilfe des Energetic Particles Detector (EPD), einem Magnetometer und dem Plasmawellenexperiment auf Galileo untersucht. Der Massenauswurfprozess ähnelt einem geomagnetischem Teilsturm und führt zu einer globalen Umstrukturierung der Jupitermagnetosphäre. Während der anfänglichen Aufladephase strömt das Plasma langsam mit beinahe korotierender Geschwindigkeit und die Plasmaschicht der Jupitermagnetosphäre ist stabil. In der folgenden dynamischen Entladephase kommt es zu magnetischer Rekonnexion auf Grund der zuvor gebildeten dünnen Stromschicht, was zu in und auswärts gerichteten radialen Strömungen und dem Auswurf von Plasmoiden führt. Der wesentliche Unterschied zu einem geomagnetischem Sturm liegt in der Periodizität des Umstrukturierungsprozesses. Diese eingeprägte Periodizität kann nicht durch Sonnenwind getriebene Vorgänge erklärt werden. Daher ist der Einfluss des Sonnenwindes hier weniger wichtig als für geomagnetische Teilstürme. Wichtiger ist ionische Massenbeladung durch interne Plasmaquellen und die schnelle Planetenrotation, was zur Streckung der magnetosphärischen Feldlinien führt. Die resultierende Schweifkonfiguration begünstigt magnetische Rekonnexionsprozesse, was zur Bildung und zum Auswurf von Plasmoiden führt. Fortgesetzte Massenbeladung führt wiederum zur Streckung der Magnetfeldlinien im Magnetosphärenschweif. Unter der Annahme, dass dieser quasiperiodische Prozess durch interne Plasmaquellen getrieben wird, wurde ein einfaches, konzeptionelles Modell entwickelt um die Zeitskalen des periodischen Umstrukturierungsprozesses abzuschätzen. Das Modell zeigt, dass der vorgeschlagene, eingeprägte Mechanismus die beobachtete Periodizität von einigen Tagen für teilsturmähnliche Vorgänge in der Jupitermagnetosphäre erklären kann.

The Jupiter orbiting spacecraft Galileo has provided evidence that the Jovian magnetotail is subject to a periodic process with a typical timescale of several days by which the Jovian system is presumably releasing its excess iogenic mass. This process is analyzed using data returned from the Energetic Particles Detector (EPD), the magnetometer and plasma wave experiment on Galileo. The mass release process resembles a terrestrial substorm in the sense of a global reconfiguration of the magnetotail. During the initial "loading" phase the plasma convection is at a moderate speed in the corotational direction, and the Jovian plasma sheet appears to be in a stable configuration. In the release phase reconnection through a thinned current sheet leads to radially inward and outward plasma flows and the ejection of plasmoids. The striking difference from terrestrial substorms is the periodical appearance of the reconfiguration events. Such an intrinsic periodic behavior cannot readily be explained by a solar wind driven process. Therefore the role of the solar wind as energy source is of less importance than for terrestrial substorms. Instead, ion mass-loading from internal plasma sources and fast planetary rotation causes stretching of magnetotail field lines. The resulting magnetotail configuration favors magnetic reconnection. This leads to the formation and release of plasmoids. Continued mass-loading then again leads to stretching of tail field lines. Thus assuming that this quasi-periodical process is internally driven, a simple conceptual model to estimate

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Kronberg, Elena Aleksandrovna: Dynamics of the Jovian magnetotail. 2006.

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