Modèle dynamique de la plasmasphère comparé aux observations satellitaires

Physique spatiale
Le modèle dynamique tridimensionnel de la plasmasphère développé par l’IASB est désormais disponible sur le site Web SSA (Space Situational Awareness) de l'ESA. Les comparaisons avec les observations de CLUSTER, CRRES et THEMIS confirment que le plasmapause se forme dans le secteur après minuit pendant les orages géomagnétiques, validant ainsi l'hypothèse faite dans le modèle. Une étude statistique de la plasmapause observée en fonction du secteur MLT (Magnetic Local Time) confirme l'excellent accord avec les résultats du modèle. Les données de MAGION-5 sont utilisées pour déterminer l'épaisseur de la couche limite de plasmapause.

Le modèle de la plasmasphère

Le modèle tridimensionnel de la plasmasphère couplé à l'ionosphère développé par Pierrard et Voiculescu (2011) à l’IASB est désormais disponible sur le site Web de SSA (Rayonnements spatiaux, modèle SPM).  

Il montre en temps réel ou à une date quelconque:

  • la vue équatoriale et méridienne de la densité numérique
  • les températures des particules dans la plasmasphère
  • la position de la plasmapause  

Ses résultats ont été comparés à différentes observations satellitaires pour valider les processus physiques inclus dans le modèle, notamment le mécanisme d'instabilité de quasi-interchange pour la formation de la plasmapause.

 

Observations de satellites

En plus des données satellitaires de Cluster et CRRES, nous avons analysé les observations de la plasmapause de THEMIS (6840 mesures de 2008 à 2012) afin de déterminer leurs relations avec les indices du vent solaire et les indices d'activité géomagnétique. Nous avons montré que le décalage temporel (en heures) de la formation de la plasmapause est fonction du secteur MLT et montre une augmentation régulière, ce qui prouve que la plasmapause est générée dans le secteur après minuit puis transmise par co-rotation à un autre secteur (Bandic et al., 2017).

Cela fonctionne pour tous les indices d'activité géomagnétique tels que AE (Auroral Electrojet) ou Dst (Disturbed Storm Time), et pour les paramètres du vent solaire tels que la vitesse du vent solaire V ou l'intensité du champ magnétique interplanétaire Bs.

Les observations de MAGION-5 ont également été utilisées pour étudier l'épaisseur de la couche limite de plasmasphère et tester son mécanisme de formation.

Enfin, le modèle a également été utilisé pour étudier les effets de l'éclipse solaire du 20 mars 2015 et de la tempête géomagnétique qui a suivi (Stankov et al., 2017).

 

Références

  • Bandić, M., Verbanac, G., Pierrard, V., Cho, J. (2017). Evidence of MLT propagation of the plasmapause inferred from THEMIS data. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 161, 55–63. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.05.005
  • Kotova, G., Verigin, M., Lemaire, J., Pierrard, V., Bezrukikh, V., Smilauer, J. (2018). Experimental Study of the Plasmasphere Boundary Layer Using MAGION 5 Data. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 123(2), 1251–1259. https://doi.org/10.1002/2017JA024590
  • Stankov, S.M., Bergeot, N., Berghmans, D., Bolsée, D., Bruyninx, C., Chevalier, J.-M., Clette, F., De Backer, H., De Keyser, J., D’Huys, E., Dominique, M., Lemaire, J.F., Magdalenić, J., Marqué, C., Pereira, N., Pierrard, V., Sapundjiev, D., Seaton, D.B., Stegen, K., Van der Linden, R., Verhulst, T.G.W., West, M.J. (2017). Multi-instrument observations of the solar eclipse on 20 March 2015 and its effects on the ionosphere over Belgium and Europe. Journal of Space Weather and Space Climate, 7, A19. https://doi.org/10.1051/swsc/2017017  Open Access
  • Verbanac, G., Bandić, M., Pierrard, V., Cho, J. (2018). MLT Plasmapause Characteristics: Comparison Between THEMIS Observations and Numerical Simulations. Journal of Geophysical Research: Space Physics. https://doi.org/10.1002/2017JA024573
Décalage temporel (en heures) de la formation de plasmapause
Figure 2 Décalage temporel (en heures) de la formation de plasmapause en fonction du secteur MLT pour les observations de plasmapause de THEMIS. (Crédit: Bandic et al., 2017)
Exemples de distribution de densité de plasma froid
Figure 3 Exemples de distribution de la densité du plasma froid le long d’orbites de MAGION 5 en fonction du paramètre de McIlwain L en rayons de la Terre. Les lignes continues dans c et d représentent la dépendanceexponentielle N(L) = NPP.exp ((LPP-L) / WB). Les flèches marquent la position de la plasmapause (Crédit: Kotova et al., 2018).
Modèle 3-dimensionnel dynamique de la plasmapause développé par l'IASB
Modèle 3-dimensionnel dynamique de la plasmapause développé par l'IASB