UNIVERSITY OF BERGEN Department of Physics and Technology Det dynamiske nordlyset: Kva fortel det om jorda sin vekselverknad med det nære verdsrommet? B. K. Humberset 1,2 (beate.humberset@ift.), J. W. Gjerloev 3,2 1) Universitet i Bergen, Institutt for fysikk og teknologi, Bergen, Norge. 2) Birkelandsenteret for romforsking, Bergen, Norge 3) Johns Hopkins University - Applied Physics Laboratory, Laurel, MD, USA. 17.-20. september 2013 Symposium i Norsk Geofysisk Forening, Geilo
h coupled to space? Department of Physics and Technology - Birkeland Centre for Space Science Introduksjon til det nære verdsrom og nordlyset Vitskapleg mål Motivasjon: - Den fundamentale komplingsmekanismen,birkelandsstraumane - Kva er problemet? All-sky kamera How is Earth Korleis separere endringar i rom og tid? coupled Teknikk to Space? Karakteristiske eigenskapar ved nattsidenordlyset Karakterisering av pulserande nordlys Kva har vi lært?
Det nære verdsrommet Solvinden Magnetosfæren Ionosfæren
Nordlyset
Department of Physics and Technology - Birkeland Centre for Space Science Nordlyset sett frå den Internasjonale romstasjonen Image taken by the Spin-Scan Auroral Imaging instrument on board Dynamics Explorer - 1. Courtesy L. Frank, the University of Iowa, and NASA.
Vitskapleg mål Kva er den fundamentale oppførselen til magnetosfære-ionosfære systemet? Kva karakteriserar straumen av energi og partiklar mellom det nære verdsrommet og jorda, når vi erkjenner den dynamiske oppførselen til systemet og at transporten skjer på alle skalastørrelsar?
Den fundamentale koplingsmekanismen - Birkelandstraumar Iijima and Potemra, 1978
Kva er problemet? Modell Røynda Iijima and Potemra, 1978 Forenklingar i modellen: - Dei magnetfeltforstyrrelsane som er målt kjem av statiske straumar, dvs. at dei ikkje endrar seg over den tida, 5-10 minutt, det tek for ein satelitt å krysse nordlysovalen. - Straumar som har mindre utstrekning (skalastørrelse) enn dei globale straumsjikta, er uvesentlege.
Kva er problemet?? Iijima and Potemra, 1978 Vår forståelse av Birkelandstraumane og dermed koplinga mellom jorda og det nære rommet i stor grad basert på forenkla empiriske modellar.
Department of Physics and Technology - Birkeland Centre for Space Science All-sky kamera All-Sky Imager field of view
Korleis separere endringar i rom og tid? Med samtidig trepunktsmåling av Birkelandstraumen kan vi rekne ut den momentane straumtekkleiken, men vi må anta at straumen er uniform innanfor triangelet. -> Vi treng informasjon om variabiliteten til ulike skalastørrelsar. Med ein enkelt satellitt eller rakett er det ikkje mogleg å separere romleg størrelse, fart eller variabilitet. -> Vi treng observasjonar av eit fiksert område som er separert i tid.
Teknikk 1) Transformerar frå fordreid all-sky til uniformt bilde der kvart piksel er like stort. 2) Korrigerar for jordrotasjonen. 3) Deler opp bildet i nordlysformer av ulik størrelse 4) Samanliknar dei nye bilda for å finne ut korleis nordlysformene i ulike størrelsar endrar seg.
Department of Physics and Technology - Birkeland Centre for Space Science Karakteristiske eigenskapar ved nattsidenordlyset - typiske eksempel
Pulserande nordlys Department of Physics and Technology - Birkeland Centre for Space Science
Karakterisering av pulserande nordlys Department of Physics and Technology - Birkeland Centre for Space Science
Kva har vi lært? For alle magnetiserte objekt, enten det er Saturn eller Jorda, blir energi overført frå verdsrommet og inn i magnetosfæren, som løyser utfordinga gjennom fleire kompliserte prosessar. To eksempel på korleis vi gjennom å beskrive dynamikken til nordlyset kan lære meir om den fundamentale oppførselen til dette systemet.
Takk for merksemda! Referansar Birkeland,K.: Norwegian Aurora Polaris Expedition, 1902 03, vol. 1, 1st sec., Aschhough & Co, Christiania, 1908. Zmuda, A. J., Martin, J. H., and Heuring, F. T.: Transverse magnetic disturbances at 1100 kilometers in the auroral region, J. Geophys. Res., 71, 5033 5045, 1966. Zmuda, A. J., Heuring, F. T., and Martin, J. H.: Dayside magnetic disturbances at 1100 kilometers in the auroral oval, J. Geophys. Res., 72, 1115 1117, 1967. Iijima, T. and Potemra, T. A.: Large-scale characteristics of field- aligned currents associated with substorms, J. Geophys. Res., 83, 599 615, 1978. Gjerloev, J. W., Ohtani, S., Iijima T., Anderson, B., Slavin, J., and Le, G.; Characteristics of the terrestrial field-aligned current system, Ann. Geophys., 29, 1713 1729, doi:10.5194/ angeo-29-1713- 2011, 2011. Slavin, J. A., Le, G., Strangeway, R. J.,Wang, Y., Boardsen, S. A., Moldwin, M. B., and Spence, H. E.: Space Technology 5 multi- point measurements of near-earth magnetic fields: Initial results, Geophys. Res. Lett., 35, L02107, doi:10.1029/2007gl031728, 2008. Jones, S. L. 1, Lessard, M. R., Rychert, K., Spanswick, E. and Donovan E.: Large-scale aspects and temporal evolution of pulsating aurora, J. Geophys. Res., 116, A03214, doi: 10.1029/2010JA015840, 2011.