Аннотированный атлас примеров изображений эмиссий в авроральных структурах, зарегистрированных имаджерами и изображающими спектрографами с разных орбит и поверхности Земли. Часть 2. Авроральные и аврора-подобные структуры, возбужденные природными источниками, включая волны нескольких типов
Автор(ы): Кузьмин А. К., Мерзлый А. М., Никифоров О. В., Петрукович А. А., Потанин Ю. Н., Садовский А. М., Соколов А. Д., Янаков А. Т.
Аннотация
В продолжение работы, начатой в 2022 г, составлена часть 2 аннотированного атласа примеров изображений структур эмиссий и характеристик плазмы в авроральном овале и субавроральной области во время событий, происходивших в разных секторах MLT в основном в геомагнитно-возмущенных условиях суббурь. Мотивацией создания атласа стал дальнейший анализ опыта развития технологии подготовки и проведения комплексных экспериментов, нацеленных на создание системы картографирования и диагностики многообразных динамичных авроральных явлений в полярной ионосфере, отражающихся в мгновенном поле градиентов Ne в различных высотных слоях, являющихся основными «виновниками» проблем при распространении трансполярных сигналов. Как и часть 1, эта работа в основном акцентирована на результатах наблюдений авроральных эмиссий, полученных с помощью изображающих камер с поверхности Земли и с орбит КА с полярным углом наклонения плоскости. Большинство представленных примеров конкретных авроральных и аврора-подобных структур, сопровождаются среднемасштабными изображениями частей аврорального овала и полярной шапки в разных секторах MLT, полученными в относительно близкое к рассматриваемым событиям время с орбит конкретных КА DMSP в авроральных эмиссиях в диапазоне вакуумного ультрафиолета (ВУФ) с помощью сканирующих по пространству изображающих спектрографов SSUSI, а также его «предшественника» GUVI на орбите КА TIMED. Некоторые примеры также сопровождаются результатами сопутствующих измерений распределений характеристик потоков высыпающихся частиц (анализатор SSJ), градиентов магнитного поля и результатах локальных наблюдений градиентов Ne радарами некогерентного обратного рассеяния в соответствующих секторах полярной ионосферы в близкое к событиям время. В части 1 [Кузьмин и др., 2022] был рассмотрен ряд примеров авроральных структур, включая пульсирующие, возбуждение которых связано с процессами увеличения энергии высыпающихся электронов Альфвеновскими волнами в ближней магнитосфере, и их флуктуациями и резонансами, а также продольными электрическими полями, и продольными токами, текущими вдоль силовых линий в этих областях. В данной работе первая глава посвящена примеру локальной реакции ионосферы на интенсификацию полярных сияний на полярной границе овала, известной как PBI (poleward boundary intensification) [Lyons et al., 2002]. Этот пример сопровождается данными радара некогерентного рассеяния (ISR Incoherent scatter radar) и оптических приборов в Sondrestrom, Гренландия в сочетании с орбитальными измерениями с орбит КА IMAGE и FAST. Вторая глава посвящена особенностям относительно редко встречающегося типа динамичных авроральных лучевых структур, называемых «пылающими полярными сияниями» (flaming aurora), возбуждаемых высыпаниями авроральных электронов разных энергий и характеристикам, сопутствующих им, естественно усиленных ионно-акустических линий NEIAL (naturally enhanced ion-acoustic lines), наблюдаемых в областях лучевых структур при отражениях (эхо) сигналов радаров некогерентного обратного рассеяния на разных высотах магнитных силовых линий; в третьей главе рассмотрены примеры характеристик некоторых аврора-подобных фрагментированных структур и их особенностей, названных авторами их исследователей FAEs (Fragmented Aurora-like Emissions), наблюдаемых на полярной стороне аврорального овала; в четвертой главе: анализируются примеры и особенности структур STEVE (Strong Thermal Emission Velocity Enhancement), и часто сопровождающих их мелкомасштабных структур PF (Picket Fence), наблюдаемых в субавроральной области на фазе восстановления. К генерации почти всех рассмотренных структур причастны волны различных типов или их турбулентность. Анализ особенностей и характеристик FAEs таких как: “Lumikot” [McKay et al., 2019]; “Dunes” [Palmroth et al., 2020] и ряд других предполагается рассмотреть в следующей части работы. Авторы просят с пониманием отнестись, что в статье часто используются английские названия и терминология, т.к. их перевод на русский язык не всегда точен.
Ключевые слова: атлас, авроральные и аврора-подобные структуры эмиссий, неоднородности электронной концентрации, орбитальная диагностика, авроральные имаджеры, полярная ионосфера, характеристики плазмы, технология проведения экспериментов, нацеленных на исследования структур полярной ионосферы
Annotated atlas of examples of emission images in auroral structures recorded by imagers and imaging spectrographs from different orbits and the Earth's surface. Part 2. Auroral and aurora-like structures excited by natural sources, including waves of several types
Author(s): Kuzmin A.K., Merslyi A.M., Nikiforov O.V., Petrukovich A.A., Sadovsky A.M., Sokolov A.D., Potanin Yu.N., Yanakov A.T.
Abstract
As a continuation of the work started in 2022, Part 2 of the annotated atlas of examples of images of emission structures and plasma characteristics in the auroral oval and sub-auroral region during events that occurred in different MLT sectors, mainly in geomagnetically perturbed conditions of substorms, was compiled. The motivation for creating the atlas was a further analysis of the experience in the development of technology for preparing and conducting complex experiments aimed at creating a system for mapping and diagnosing diverse dynamic auroral phenomena in the polar ionosphere, reflected in the instantaneous field of Ne gradients in various altitude layers, which are the main "culprits" of problems with the propagation of transpolar signals. Like Part 1, this work is mainly focused on the results of observations of auroral emissions obtained using imaging cameras from the Earth's surface and from spacecraft orbits with a polar angle of inclination of the plane. Most of the presented examples of specific auroral and aurora-like structures are accompanied by medium-scale images of parts of the auroral oval and polar cap in different MLT sectors, obtained at a relatively close time to the events under consideration from the orbits of specific DMSP spacecraft in auroral emissions in the range of vacuum ultraviolet (VUV) using space-scanning imaging spectrographs SSUSI, as well as its the "predecessor" of GUVI in the orbit of the TIMED spacecraft. Some examples are also accompanied by the results of concomitant measurements of the distributions of the characteristics of the fluxes of precipitating particles (SSJ analyzer), magnetic field gradients and the results of local observations of Ne gradients by incoherent backscattering radars in the corresponding sectors of the polar ionosphere at a time close to the events. In part 1 [Kuzmin et al., 2022], a number of examples of auroral structures were considered, including pulsating ones, the excitation of which is associated with the processes of increasing the energy of precipitating electrons by Alfven waves in the near magnetosphere, and their fluctuations and resonances, as well as longitudinal electric fields, and longitudinal currents flowing along the lines of force in these areas. In this paper, the first chapter is devoted to an example of a local ionospheric reaction to the intensification of auroras at the polar boundary of the oval, known as PBI (poleward boundary intensification) [Lyons et al., 2002]. This example is accompanied by data from Incoherent scattering radar (ISR Incoherent scatter radar) and optical instruments in Sondrestrom, Greenland in combination with orbital measurements from the IMAGE and FAST spacecraft orbits. The second chapter is devoted to the characteristics of a relatively rare type of dynamic auroral ray structures called "flaming auroras" (flaming aurora), excited by eruptions of auroral electrons of different energies; and the characteristics of naturally enhanced ion-acoustic NEIAL lines (naturally enhanced ion-acoustic lines) observed in the regions of ray structures during reflections (echoes) of radar signals of incoherent backscattering at different heights of magnetic field lines, and their accompanying Ne gradients in the polar ionosphere; in the third chapter, examples of the characteristics of some aurora-like fragmented structures and their features, named by the authors of their researchers FAEs (Fragmented Aurora-like Emissions), observed on the polar side of the auroral oval; In the fourth chapter: examples and features of STEVE (Strong Thermal Emission Velocity Enhancement) structures and often accompanying small-scale PF (Picket Fence) structures are analyzed, the shape of which conditionally resembles "fence stakes or picket fence" observed in the sub-auroral region during the recovery phase. Waves of various types or turbulence are anyway involved in the generation of all considered structures. The authors propose to consider the analysis of the features and characteristics of FAEs such as: “Lumikot” [McKay et al., 2019]; “Dunes” [Palmroth et al., 2020] and a number of others in the next part of the work.
Keywords: atlas, auroral and aurora-like emission structures, electron concentration inhomogeneities, orbital diagnostics, auroral imagers, polar ionosphere, plasma characteristics, technology for conducting experiments aimed at studying the structures of the polar ionosphere
Скачать статью «Аннотированный атлас примеров изображений эмиссий в авроральных структурах, зарегистрированных имаджерами и изображающими спектрографами с разных орбит и поверхности Земли. Часть 2. Авроральные и аврора-подобные структуры, возбужденные природными источниками, включая волны нескольких типов»