Sub-ionospheric AKR: A possible mechanism for its transport down from the topside generation region to the F layer and ground
最近的理论工作表明，“电子排气”，细长的区域耗尽电子密度显示PIC代码产生的碰撞重联，原则上可以成为X模式极光公里辐射产生的电子回旋脉泽不稳定性（ECMI）的来源。本文认为，在一定条件下，这种X模AKR有可能沿极光磁通量管向下传输到低空，在极端情况下甚至穿透电离层F区和E区到达地面。由这种机制产生和传输的低空AKR的特征是带宽为$\sim$ 100 kHz量级，以准周期爆发形式出现，当以阿尔文全速通过时持续$< 1$ s，当减速时持续$>1$ s。大多数已发表的低空AKR观测资料的时间分辨率不足以探测到这些特征，尽管也有一些是暗示性的。到目前为止，仅有的几个观测结果具有勉强足够的时间分辨率，与这些预测既不一致也不矛盾，这表明电子排气将AKR一直输送到低海拔的情况可能很罕见。然而，由于其物理和天体物理学意义，有必要进行有力的实验努力来测试这些理论预测。它们还将为远程探测和研究重连物理学提供另一种方法。
2018-03-29 astro-ph.SR physics.geo-ph physics.space-ph
The Possible Cause of the 40 SpaceX Starlink Satellite Losses in February 2022: Prompt Penetrating Electric Fields and the Dayside Equatorial and Midlatitude Ionospheric Convective Uplift
2022年2月3日，世界时16时13分，SpaceX从佛罗里达州肯尼迪角发射了49颗Starlink卫星，进入高度约210公里的轨道，在那里它们将接受后续的助推。我们假设有9颗卫星接受了后续的助推，并成功地获得了稳定的轨道。几颗Starlink卫星于2月7日清晨重返大气层。两次磁暴分别发生在2月3日1056 UT和2月4日2059 UT，其中一次的SYM-H峰值强度为-80 nT，另一次的SYM-H峰值强度为-71 nT。欧空局极轨道Swarm B卫星数据表明，暴雨时气团密度增强发生在赤道和中纬度约500公里高度的向阳面，密度峰值比平静时白天值高约50%。与安静时间夜间值相比，夜侧密度峰值增加约100-190%。瞬发穿透电场引起的ExB抬升的向阳面F-区O+离子和向下对流的夜面O+离子可以解释的Swarm B昼夜不对称的磁暴主阶段，是可能的原因的Starlink卫星的损失。我们对40颗Starlink卫星损失的假设与Dang等人（2022）的假设不同，Dang等人假设Starlink卫星在210公里的高度没有收到任何助推。
2022-11-02 physics.space-ph
Impact of solar wind disappearance event on the Martian nightside ionospheric species: First results
本研究首次利用MAVEN数据探究2022年末罕见消失太阳风事件对火星夜侧电离层的影响，发现电子和多种离子密度显著升高，揭示了电离层向上膨胀及昼夜等离子体输运的作用机制，为行星大气电离层响应研究提供新视角。
2024-04-11 physics.space-ph
Simulation Study of a Positive Ionospheric Storm Phase Observed at Millstone Hill
NRL电离层模式SAMI 2的模拟结果表明，在2004年4月3日开始的磁暴期间，Millstone Hill上空F区的变化主要是由于长期持续的东向电场的影响，正如{ \it Huang et al.} [2005年]。模拟结果表明，与前一个平静日相比，F区电子密度峰值（NmF 2）增加了1/$\approx 2$，高度（hmF 2）升高了1/$\approx 80$ km，F区电子温度降低了1/$\approx 1000$ K。在进一步的模拟中，中性大气和风或电场被它们的安静日对应物所取代，这清楚地表明，电场在产生这些效应方面发挥了主导作用，尽管不是唯一的作用。
2005-12-14 physics.space-ph
Ionospheric and geomagnetic response to the total solar eclipse on 21 August 2017
日食提供了一个很好的机会来研究地球电离层中光电离通量的突然局部变化及其在地磁场中的后果。为了研究来自GNSS数据的VTEC测量值和来自日食路径附近的INTERMAGNET观测站的地磁场估计值，我们专注于2017年北美日食的一部分数据。我们对这两个数据集的同时分析使我们能够量化电离层和磁场对日食事件的反应，从而使我们能够比较这些事件在时间上的差异。我们发现，研究VTEC差异相对于参考值的行为提供了更好的洞察力的实际日食效应，并能够表征参数的依赖性，如最大消耗和恢复阶段的时间延迟。我们还能够测试以定量方式将电离层变化联系起来的模型。从全球导航卫星系统测得的总电子含量损耗被输入到地磁观测站所在地的Ashour-Chapman模型近似值中，其预测值与磁场分量在时间和幅度上的行为惊人地吻合。
2021-07-26 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.space-ph
Evaluation of Ionospheric Densities Using Coincident OII 83.4 nm Airglow and the Millstone Hill Radar
我们测试的效用OII 83.4 nm的发射功能作为电离层参数的测量。利用国际空间站上的远程大气层和电离层探测系统（RAIDS）极紫外线光谱仪观测，将83.4 nm发射的临边轮廓与理论模型预测的日光发射轮廓进行了比较，该模型结合了Millstone Hill雷达测量的地面电子密度轮廓，并由最佳拟合Chapman-α函数进行了参数化。观察和模型进行比较，Millstone Hill和RAIDS视野之间的连接期间。RAIDS观测显示，2010年1月15日和3月10日这两天的顶面形态存在明显差异，与正演模型形态非常吻合，并表明在太阳活动极小期，83.4纳米发射对国际空间站340公里高度电离层密度分布的变化很敏感。我们发现83.4 nm的发射曲线之间没有显着差异，假设一个恒定的规模高度查普曼-α最适合ISR测量和假设不同的规模高度。
2016-11-04 physics.space-ph
Retrieving Instantaneous Field of View and Geophysical Information for Atmospheric Limb Sounding with USGNC Near Real-Time Orbit Data
临边成像电离层和热层极紫外光谱仪（LITES）实验是国际空间站空间试验计划休斯顿5号（STP-H5）有效载荷上的13个仪器之一。与补充性的全球定位系统无线电掩星和紫外线测光-共定位（C组）实验一起，LITES将调查电离层结构和与全球电离层有关的可变性。国际空间站的轨道倾角为51.6°，再加上其约410公里的高度，能够从电离层峰值区域稍高的地方进行中低纬度测量。LITES仪器具有10° × 10°的视野，水平折叠，结合了给定高度的所有信息。该仪器安装在国际空间站的尾流中，向下约14.5°，以便对约350公里至150公里的高度成像。实际观察高度和几何形状直接取决于国际空间站的俯仰角，影响到仪器捕获的地球物理信息。
2021-01-28 astro-ph.IM physics.space-ph
Dayside and nightside magnetic field responses at 780 km altitude to dayside reconnection
行星际磁场向南时，昼侧重联将驱动磁层中的Dungey循环，表现为电离层中的双胞对流模式。我们解决的电离层对流的变化，在昼侧重联率通过检查磁场扰动在780公里的高度。从铱星座获得的活动磁层和行星电动力学响应实验数据产品提供了全球磁场扰动图。集群数据上游的地球的弓形激波已被用来估计昼侧重联率。通过使用一个统计模型，其中的磁场可以在几个时间尺度上作出反应，我们确认了以前的报告，几乎立即响应中午和午夜附近的两个细胞对流模式的10-20分钟的重新配置时间相结合。电离层对流的响应与Cowley-Lockwood范式中极冠边界的扩张有关。在这个范例的原始配方的扩展蔓延从中午到午夜在15-20分钟。然而，也立即全球响应已被证明是一致的范例时，考虑到以前的白天重连的历史。在本文中，我们提出了一个新的解释如何立即反应可以容纳在考利-洛克伍德范式。新的解释是基于MHD波在磁层瓣中的传播，当新重新连接的开放通量管添加到瓣中时，磁层顶张开角增加。
2017-05-22 physics.space-ph
What is the appropriate coordinate system for magnetometer data when analyzing ionospheric currents?
在本文中，我们调查的坐标表示法是最合适的分析地面磁强计数据的电离层电流，特别是向西的电射流。$\textit{AL}$和最近引入的$\textit{SML}$指数经常被用作向西电射流的监测器。这两个指数都是基于极光纬度的地面磁力计。从这些磁力计中，选择向南方向的最大扰动作为1分钟节奏下的$\textit{ AL/SML }$指数。向南的分量被定义为与地球主磁场水平部分的方向反平行，$\textbf{B}_{0, \textit{H}}$。当使用这些指数作为向西电射流的监测器时，隐含的假设是电射流垂直于$\textbf{B}_{0, \textit{H}}$流动。然而，一般来说，在考虑地球磁场的非偶极项的坐标系中，$\textbf{B}_{0, \textit{H}}$不垂直于向西方向，例如顶点和高度调整校正地磁坐标系。在本文中，我们推导出一个新的$\textit{SML}$指数，顶点坐标的基础上。我们发现，新的索引有较少的变化与经度和世界时（UT），相比传统定义的$\textit{SML}$。我们认为，当分析电离层电流使用磁强计，它是适当的组件转换为校正地磁系统。当考虑纵向或UT变化时，或者当使用来自有限区域的数据时，这是最重要的。
2016-06-06 physics.space-ph
North-South Asymmetries in Earth's Magnetic Field: Effects on High-Latitude Geospace
太阳风磁层的相互作用主要发生在地球磁场的偶极分量占主导地位的高度。在这种相互作用中产生的扰动沿着磁场线传播，并与电离层-热层系统相互作用。在电离层高度，地球的磁场明显偏离偶极子。南北不对称的磁场意味着磁层电离层-热层（M-I-T）耦合在两个半球是不同的。在本文中，我们审查的主要差异，磁场在极地纬度，和后果，这些M-I-T耦合。我们专注于两个半球间的差异，被认为有最强的影响：1）在北半球和南半球的磁极和地理极之间的偏移的差异，和2）在磁共轭区域的磁场强度的差异。这些不对称性导致等离子体对流、中性风、总电子含量、离子外流、电离层电流和极光降水的差异。
2016-11-21 physics.space-ph
Evidence of small-scale field aligned current sheets from the low and middle altitude cusp continuing in the ionosphere
我们调查了在磁层尖在几个地球半径的高度和在电离层的卫星，根据Tsyganenko模型，在几十公里和分钟内在同一磁场线检测到的更大规模的磁场对齐的电流。此外，热层上涌，往往伴随着向阳面场一致的电流在内部的尖点被认为是。我们使用了Cluster和CHAMP卫星，并在2008年全年搜索了会合点，因为当时Cluster航天器在穿越尖点时大多处于中等高度。我们集中在这一时期的两个案例研究。证据表明，小规模的场向电流片继续通过低海拔的尖点和电离层。电离层电流密度不是特别强，在大约340 km处为几微安/m2，在大约20000 km处为几十nA/m2，这意味着这些电流可能是相对常见的事件，但由于来自不同任务的至少两颗卫星的合适位置的稀缺性而难以检测。
2012-09-28 physics.space-ph
MARSIS observations of field-aligned irregularities and ducted radio propagation in the Martian ionosphere
近年来，通过火星快车（MEX）和最近的MAVEN的观测，对火星电离层的了解有了很大的进展。一个特别令人感兴趣的主题是行星电离层等离子体与其高度结构化的地壳磁场之间的相互作用，以及这些磁场如何导致等离子体的重新分布并影响系统中无线电波的传播。在本文中，我们阐明了一个可能的关系，两个异常的雷达信号先前报告的观测MARSIS仪器对MEX。相对罕见的观测结果表明，在径向（尖状）磁场和扩展回波雷达特征区域，电离层峰值密度局部极端增加，与在相同场线上较高高度处相同雷达脉冲的输送相一致。我们认为，这两个观察结果都是由高电场（垂直于$\mathbf{B}$）在两个海拔地区有明显不同的影响。在较低的高度，离子被去磁，电子被磁化，并且复合占主导地位，高电场导致不规则性、等离子体湍流、电子加热、较慢的复合以及最终增强的等离子体密度。然而，在更高的高度，离子和电子都被磁化，原子氧离子不能直接复合，高电场反而会导致摩擦加热，通过电荷交换更快地产生分子离子，从而降低密度。后者使雷达脉冲能够在闭合场线上以类似于地球电离层中的半球间管道的方式进行管道传输。
2018-08-15 physics.space-ph
Ionizing wave via high-power HF acceleration
最近在阿拉斯加的高频主动极光研究计划设施用3.6兆瓦发射机进行的电离层改造实验发现，在背景F区电离层中，人工电离从标称相互作用高度下降了约60公里。本文提出了超热电子在高频激励等离子体湍流加速下产生电离波前的物理模型。
2010-11-05 physics.space-ph
An autonomous approach to model daytime behavior of sub-ionospheric VLF signals over short and medium propagation paths in India
Indian Centre for Space Physics（印度空间物理中心）
本研究提出一种自主模型，通过求解电子连续性方程计算D区电子密度并提取Wait参数，利用LWPC框架模拟印度两条VLF路径的日间信号振幅，与观测数据良好吻合，验证了方法的物理一致性和预测潜力。
2026-09-30 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
The Effects of Solar Wind Dynamic Pressure on the Structure of the Topside Ionosphere of Mars
我们使用火星大气和挥发性演化观测的上游太阳风，和火星快车观测电离层电子密度和磁场，研究如何顶侧电离层（$>$ 320公里）的火星是受影响的变化，太阳风动态压力。我们发现，高太阳风动态压力的结果在顶部电离层被耗尽的等离子体在所有的太阳天顶角，与增加的感应磁场强度一致。在地壳磁场较强和较弱的区域，观测到了顶侧等离子体对高太阳风动压的响应。两者合计，我们的研究结果表明，高太阳风动态压力导致电离层压缩，增加离子逃逸，并减少白天到夜间的等离子体传输在高海拔夜侧电离层。
2019-07-31 astro-ph.EP physics.space-ph
First direct measurement of auroral and equatorial jets in the stratosphere of Jupiter
上下文木星的对流层风型由交替的顺时针和逆行的纬向喷流组成，典型的速度可达100米/秒。在更高的高度，在电离层中，发现了强烈的极光喷流，速度为1-2公里/秒。在地球的平流层中没有这样的直接测量。目的。在本文中，我们通过直接测量木星平流层的风速来弥补这些测量之间的高度差距。方法.我们使用阿塔卡玛大型毫米/亚毫米阵列的非常高的光谱和角分辨率成像的木星平流层反演风速作为纬度的函数，通过拟合多普勒频移引起的风的谱线。结果我们第一次探测到位于1毫巴的赤道纬向喷流，即木星准四年振荡发生的高度以上。最值得注意的是，我们发现300-400米/秒的非纬向风在0.1毫巴以上的极地地区下面的主要极光椭圆形。它们是反向旋转的，位于电离层极光风下方数百公里处。我们怀疑它们是电离层极光风的下尾。结论.我们首次直接探测到木星平流层的强风。它们在低至中纬度是纬向的，而在极地纬度是非纬向的。在极纬发现的风系统可能有助于提高化学络合的效率，限制在一个大的高能电子沉淀的区域的光化学产品。
2021-03-22 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.space-ph
Properties of Mars' Dayside Low-Altitude Induced Magnetic Field and Comparisons with Venus
基于MAVEN和先驱者金星轨道器数据，本文比较了火星与金星日侧低空感应磁场，发现火星磁场结构更复杂且强度高于压力平衡预期，金星则相反，揭示了行星大小和地壳磁性对非磁化行星感应磁场的重要影响。
2023-11-30 astro-ph.EP physics.space-ph
Alfvénic Thermospheric Upwelling in a Global Geospace Model
受低空尖点观测电离层Alfvén谐振器模式的小尺度（~ 1 km）场向电流（SSFACs）的启发，我们研究了Alfvén波能量沉积对热层上涌的影响以及尖点及其附近空气密度增强的形成。CHAMP卫星通常在400公里高度附近观测到这种密度增强。它们不是由经验热层模型预测的，它们与观测到的SSFAC有很好的相关性。利用CHAMP数据建立了阿尔文波电场高度依赖性的参数化模型，并将其嵌入到美国国家大气研究中心（NCAR）耦合磁层-电离层-热层（CMIT）模型的焦耳加热模块中。CMIT模式随后被用来模拟地球空间对2003年3月26日至27日掠过地球的行星际流相互作用区（SIR）的响应。CMIT对400 km高度热层质量密度的诊断结果表明：1）没有Alfvénic焦耳加热的CMIT通常低估了CHAMP的轨道平均密度;包括Alfvénic加热适度地改善了CMIT的轨道平均密度预测（几个百分点），特别是在SIR事件更活跃的时期。2)包含Alfvénic加热的CMIT瞬时密度预测的改善在尖点加热区域附近更为显着（高达15%），这是MSIS经验热层模型在该事件中遗漏的一个特征。由尖点区域阿尔夫维尼加热引起的20-30%的热层密度变化，通过同旋和中性风的作用，零星地分布在极地地区。
2020-10-22 physics.space-ph
Magnetic Coordinate Systems
地球空间现象，如极光、等离子体运动、电离层电流和相关的磁场扰动，是由地球的主磁场高度组织的。这是因为构成空间等离子体的带电粒子几乎可以沿着磁场线自由移动，但不能穿过磁场线。由于这个原因，相对于地球的磁场来呈现这样的现象是明智的。从磁层顶到电离层，存在着各种各样的磁坐标系，它们是为不同的目的和区域设计的。在本文中，我们回顾了最常见的磁坐标系，并描述了它们是如何定义的，在哪里使用，以及如何在它们之间转换。这些定义是基于国际地磁参考场（IGRF）的球谐展开系数，并在某些坐标系中，我们展示了如何从时间和日期计算太阳的位置。最详细的坐标系考虑了完整的IGRF，并定义了磁纬度和经度，使得它们沿着磁力线是恒定的。这些坐标系在电离层高度上是有用的，它们是非正交的。我们将展示如何处理向量和向量微积分在这样的坐标，并讨论如何系统误差可能会出现，如果这是不正确的。
2016-11-21 physics.space-ph
Martian M2 peak behavior in the dayside near-terminator ionosphere during interplanetary coronal mass ejections
本研究利用MAVEN的ROSE观测数据，首次探究行星际日冕物质抛射（ICMEs）对火星昼侧近晨昏线电离层M2峰的影响，发现ICMEs期间M2峰抬升4-16 km、峰密度下降，提出垂直压力梯度与电子温度升高是可能成因。
2023-11-05 physics.space-ph
Observations of high definition symmetric quasi-periodic oscillations in the mid-latitude ionosphere with LOFAR
本文利用 LOFAR 宽带观测两起中纬度 QPO 事件，结合延迟-多普勒分析、电离层测高仪数据与高斯相位屏建模，揭示其频率相关特征、E 区传播速度及结构尺度。
2023-12-07 physics.space-ph
Spatially high-resolved solar-wind-induced magnetic field on Venus
目前的工作调查金星太阳风诱导磁层在高空间分辨率使用所有金星快车（VEX）磁观测通过无偏统计方法。我们首先评估了VEX磁层凌日期间行星际磁场（IMF）的可预测性，然后在不同IMF条件下绘制了圆柱坐标系中的感应场。我们的高分辨率映射能够解决各种尺度上的结构，从薄的电离层顶和相关的电流的经典全球规模的披着IMF。我们的映射还解决了两个最近报道的结构，一个低电离层磁化的终结者和一个全球性的“循环”结构在附近的磁尾，这两个都没有描绘在经典的披覆配置。在相反的IMF独立的圆柱形磁场的两种结构的报告，我们的研究结果说明了他们的IMF的依赖。在这两种结构中，圆柱形的磁性成分是更强的半球与向上的太阳风电场（$E^{SW}$）比在相反的半球。在向下的$E^{SW}$下，“环”结构甚至断裂，这可归因于朝向$-E^{SW}$缠绕的附加披盖磁场结构。此外，我们的研究结果表明，这两个结构是空间上不相互重叠。低电离层结构出现在一个很窄的区域内，大约在87- 95 $^\circ$太阳天顶角和190- 210 km高度，这意味着未来模拟再现该结构至少需要大约10 km的空间分辨率。我们讨论这个狭窄的结构中的一个考林通道。
2021-10-06 astro-ph.SR physics.space-ph
Response of the Martian Ionosphere to Solar Activity including SEPs and ICMEs in a two week period starting on 25 February 2015
在2015年2月至3月的两周内，一系列行星际日冕物质抛射（ICME）和（太阳高能粒子）SEP与火星接触。几个航天器观测到了这种相互作用，包括火星快车（MEX）、火星大气和挥发物演化任务（MAVEN）和火星奥德赛（MO）。ICME扰动的特征在于离子速度、等离子体温度、磁场大小和高能电子通量的增加。此外，增加的太阳风的密度和速度，异常高的本地电子密度和高流速的夜侧在高海拔地区在3月8日事件期间被检测到。这些影响被认为是由于电离层等离子体远离火星的运输。在近拱点的峰值电子密度显示出大幅增加，在第二次ICME期间在深夜面达到约2.7 x 104 cm-3的数密度，这对应于MO高能中子探测器通量的增加，表明由于带电粒子的高强度，中性大气的电离增加。在第四次ICME的冲击之前，SEP显示出显著的增强，导致撞击电离和表面回波强度的吸收，其下降到噪声水平。此外，峰值电离层密度表现出一个离散的一段时间内约30小时左右的同一位置，这可能是由于碰撞电离。此时的离子逃逸率计算为1025 - 1026 s-1，与MAVEN结果一致，但略高。
2016-10-26 physics.space-ph
Auroral field-aligned currents by incoherent scatter plasma line observations in the E region
1999年2月，瑞典-日本EISCAT活动的目的是测量极光弧内外的电离层参数。离子线雷达实验被优化，以尽可能高的速度探测E区和较低的F区。两个额外的通道用于覆盖相同高度的等离子体线测量，总共提供3个上移和3个下移的频带，每个频带为25 kHz。在大多数时间里，移位的频道被调谐到3（两者）、4（向上）、5.5（向下）和6.5（两者）MHz。每当雷达探测漫射极光时，就会看到微弱的信号，这与相对较低的等离子体频率相对应。当极光弧通过雷达波束时，观测到回波功率显著增加。许多情况下，同时向上和向下移动等离子体线的记录。尽管环境相当活跃，但高度优化的测量能够对等离子体线的特性进行研究。一个修正的理论非相干散射光谱被用来解释测量。总的趋势是一个向上的场一致的电流在弥漫的极光，证实了一个完整的组合离子和等离子体线光谱。也有强超热电流的情况下，由信号强度之间的大差异向上和向下移位等离子体线。
2002-06-07 physics.space-ph
