Magnetic characteristics of high-speed jets in the Earth's magnetosheath
Vuorinen, Laura (2020-02-12)
Magnetic characteristics of high-speed jets in the Earth's magnetosheath
Vuorinen, Laura
(12.02.2020)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
avoin
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202003047292
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202003047292
Tiivistelmä
The solar wind plasma flows around the magnetosphere in the magnetosheath, downstream of the Earth's bow shock. Within the magnetosheath, jets with higher earthward velocities than their surroundings are often observed. These jets can trigger many types of effects when impacting the magnetopause, the boundary of the magnetosphere. Lately, observations have linked jets to triggering magnetic reconnection, which connects the solar wind’s interplanetary magnetic field (IMF) with the Earth's magnetic field and allows solar wind mass and energy to enter the magnetosphere. Magnetic reconnection is efficiently driven during southward IMF, when the IMF is anti-parallel to the Earth’s northward field at the subsolar magnetopause. In this thesis, we statistically study how the IMF orientation controls where jets occur and how often they impact the subsolar magnetopause, and whether jets could statistically affect magnetopause reconnection.
We use measurements from the Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms (THEMIS) satellites and from the OMNI solar wind data set from the years 2008–2011. We find that jets are 9 times more common downstream of the quasi-parallel shock, where the local shock normal is almost parallel with the IMF, than downstream of the quasi-perpendicular shock. Jets larger than 1 Earth radius are estimated to hit the subsolar magnetopause 5–60 times per hour depending on the IMF orientation. During northward IMF, jets exhibit southward fields close to the magnetopause more often than the non-jet magnetosheath. This suggests that the magnetic field within jets is statistically favorable for enhancing reconnection during the more quiet northward IMF conditions.
These results highlight the role of magnetosheath jets in the transport of solar wind energy into the magnetosphere. Impacts and the effects of jets are estimated to be very common downstream of the quasi-parallel shock. Magnetopause reconnection is a key process in space weather and jets are expected to enhance this process when it is generally suppressed. In the future, it is important to investigate the physical mechanisms behind these results and how often jets actually trigger magnetopause reconnection. Aurinkotuulen plasma virtaa Maan magnetosfäärin ohi keulashokin alavirrassa sijaitsevassa pyörteisessä välivyöhykkeessä, jossa havaitaan usein ympäröivää plasmaa nopeampia suihkuvirtauksia. Nämä suihkuvirtaukset voivat aiheuttaa monenlaisia prosesseja törmätessään magnetosfäärin reunaan, magnetopausiin. Viime aikoina suihkuvirtaukset on liitetty magneettisen rekonnektion kytkemiseen magnetopausilla. Rekonnektiossa aurinkotuulen planeettainvälinen magneettikenttä (IMF) yhdistyy Maan magneettikentän kanssa mahdollistaen aurinkotuulen ja sen energian virtauksen magnetosfääriin. Tämä prosessi on erityisen yleinen IMF:n ollessa eteläinen eli vastakkaissuuntainen Maan kentän kanssa. Tässä tutkielmassa tutkitaan IMF:n suunnan vaikutusta suihkuvirtausten esiintyvyyteen ja siihen kuinka usein ne törmäävät magnetopausiin, sekä suihkuvirtausten mahdollista tilastollista vaikutusta magnetopausin rekonnektioon.
Tutkielmassa käytetään Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms -satelliittien (THEMIS) ja OMNI-aurinkotuuliaineiston mittauksia vuosilta 2008–2011. Tutkielman tulosten mukaan pitkittäisen keulashokin, missä IMF ja shokin normaali ovat lähes pitkittäiset, alavirrassa suihkuvirtauksia havaitaan 9 kertaa useammin kuin poikittaisen shokin alavirrassa. Maan sädettä suurempia suihkuvirtauksia arvioidaan törmäävän tutkittavaan magnetopausiin 5–60 kertaa tunnissa riippuen IMF:n suunnasta. Pohjoisen IMF:n aikaan suihkuvirtauksissa on magnetopausin lähellä selvästi useammin eteläistä magneettikenttää kuin normaalisti, eli niiden magneettikenttä on tällöin tilastollisesti suotuisa lisäämään rekonnektiota.
Tutkielman tulokset korostavat pyörteisen välivyöhykkeen suihkuvirtausten roolia aurinkotuulen energian välittämisessä magnetosfääriin. Suihkuvirtauksien törmäysten magnetopausiin, ja siten myös niiden vaikutusten, arvioidaan olevan todella yleisiä pitkittäisen shokin alavirrassa. Magnetopausin rekonnektio on keskeinen prosessi avaruussäässä, ja suihkuvirtausten voidaan odottaa lisäävän tätä rauhallisemman pohjoisen IMF:n aikaan. Jatkossa on tärkeää tutkia fysikaalisia mekanismeja näiden tulosten taustalla ja sitä kuinka yleistä suihkuvirtausten kytkemä magnetopausin rekonnektio todellisuudessa on.
We use measurements from the Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms (THEMIS) satellites and from the OMNI solar wind data set from the years 2008–2011. We find that jets are 9 times more common downstream of the quasi-parallel shock, where the local shock normal is almost parallel with the IMF, than downstream of the quasi-perpendicular shock. Jets larger than 1 Earth radius are estimated to hit the subsolar magnetopause 5–60 times per hour depending on the IMF orientation. During northward IMF, jets exhibit southward fields close to the magnetopause more often than the non-jet magnetosheath. This suggests that the magnetic field within jets is statistically favorable for enhancing reconnection during the more quiet northward IMF conditions.
These results highlight the role of magnetosheath jets in the transport of solar wind energy into the magnetosphere. Impacts and the effects of jets are estimated to be very common downstream of the quasi-parallel shock. Magnetopause reconnection is a key process in space weather and jets are expected to enhance this process when it is generally suppressed. In the future, it is important to investigate the physical mechanisms behind these results and how often jets actually trigger magnetopause reconnection.
Tutkielmassa käytetään Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms -satelliittien (THEMIS) ja OMNI-aurinkotuuliaineiston mittauksia vuosilta 2008–2011. Tutkielman tulosten mukaan pitkittäisen keulashokin, missä IMF ja shokin normaali ovat lähes pitkittäiset, alavirrassa suihkuvirtauksia havaitaan 9 kertaa useammin kuin poikittaisen shokin alavirrassa. Maan sädettä suurempia suihkuvirtauksia arvioidaan törmäävän tutkittavaan magnetopausiin 5–60 kertaa tunnissa riippuen IMF:n suunnasta. Pohjoisen IMF:n aikaan suihkuvirtauksissa on magnetopausin lähellä selvästi useammin eteläistä magneettikenttää kuin normaalisti, eli niiden magneettikenttä on tällöin tilastollisesti suotuisa lisäämään rekonnektiota.
Tutkielman tulokset korostavat pyörteisen välivyöhykkeen suihkuvirtausten roolia aurinkotuulen energian välittämisessä magnetosfääriin. Suihkuvirtauksien törmäysten magnetopausiin, ja siten myös niiden vaikutusten, arvioidaan olevan todella yleisiä pitkittäisen shokin alavirrassa. Magnetopausin rekonnektio on keskeinen prosessi avaruussäässä, ja suihkuvirtausten voidaan odottaa lisäävän tätä rauhallisemman pohjoisen IMF:n aikaan. Jatkossa on tärkeää tutkia fysikaalisia mekanismeja näiden tulosten taustalla ja sitä kuinka yleistä suihkuvirtausten kytkemä magnetopausin rekonnektio todellisuudessa on.