Réunion ANR IODISSEE TOULOUSE 11-12 Janvier 2010 -----------------------------------
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Réunion ANR IODISSEETOULOUSE 11-12 Janvier 2010
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L’ionosphère aux basses et moyennes latitudes: Observations DEMETER
M. Malingre1, J.J. Berthelier2
1 Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP), Saint-Maur
2 Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Saint-Maur
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Plan
• Instabilities of the nightside equatoriel ionosphere
• Response of the nightside equatorial ionosphere to strong magnetic storms.
• Equatorial plasma bubbles.
• Plasma blobs (density enhancements).
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L’ionosphère équatoriale (secteur 19-23 h TL)
• Couplage atmosphère neutre- plasma ionosphérique
• Fort gradient de densité (18-20h TL)
• Champ Bo horizontal
Perturbations de l’atmosphère neutre (ondes de gravité, …)
Développement d’instabilités (Rayleigh-Taylor,...)
Formation d’irrégularités de densité du plasma ionosphérique avec un spectre très large (~1 m -100 km)
Effet sur la propagation des ondes radio-électriques HF et UHF → perturbations des communications dans ces bandes de fréquence et dans le fonctionnement des systèmes utilisant les liaisons GPS.
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Rayleigh-Taylor instability plasma bubbles
(Kelley, The Earth’s ionosphere, 1989)
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conditions for instabilityg // - grad n(Eo +UnxB) x B // grad n
Linear growth rate of the generalized Rayleigh –Taylor instability
x
in
y UgB
EL
01
eastward E gravity neutral windx (upward)
z (along Bo)
y eastward
1
1
dxdn
nL o
o
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L’ionosphère équatoriale (secteur 19-23 h TL)
durant les orages magnétiques
Pénétration du champ E d’origine magnétosphérique durant la phase initiale de l’orage
Eest x Bo → remontée du maximum de la région F à des altitudes qui peuvent atteindre 1000 km
Développement de l’instabilité de Rayleigh-Taylor
Formation de bulles de plasma
• 50-100 km en direction est-ouest
• 1000-2000 km le long de Bo
Grandes structures obervées par Demeter où la densité du plasma est inférieure de ~ 2 à 3 ordres de grandeur à celle du plasma ambiant
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The magnetic storms of November 7-12, 2004
Large-scale plasma density depletions only observed during the
initial and main phases of magnetic storms.
Voir transparents de J.J. Berthelier pour données ondes durant ces orages
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Equatorial plasma density depletions observed during
strong magnetic storms
• Interpreted either as:
- Signature of a severe uplift of the bottom-side ionosphere above the
DEMETER altitude due to the prompt low-latitude penetration
of large magnetospheric eastward E ;
- or crossing of plasma bubbles.
• Storm-phase dependence:
Suppression during the recovery phase due to long-lasting ionospheric disturbance dynamo westward E associated with storm-time neutral winds driven by Joule heating of the auroral ionosphere/thermosphere.
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Equatorial plasma bubbles during magnetically quiet times
Magnetically quiet period: Kp=1+
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= k.Vs (Doppler) →spectre en k des irrégularitésPour f=100 Hz L~70 m en direction parallèle et 7 m en direction perpendiculaire
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Plasma blobs
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Conclusions
• Existence d’une turbulence électrostatique dans la bande 10-300 Hz associées aux plasma bubbles et plasma blobs= k.Vs (Doppler) → échelles spatiales des irrégularités de densité
• Demeter → composition du plasma: O+,H+,He+, NO+
• Influence de l’activité solaire (IMF B, E), orages magnétiquesPerturbations de Eiono →effets sur le développement des irrégularités
-E lié à la dynamo vent solaire/magnétosphère (phase de croissance de l’orage)
-E lié à la perturbation de la dynamo ionosphérique (phase de recouvrement de l’orage)
• Importance d’un modèle de Eiono pour le transport des ions