Oppdatert: 18. januar 2005 Nasjonalt forskerkurs i magnetosfære-fysikk - 2005 Kurstittel: Fys 5610 - Magnetosfærefysikk og substormprosesser Undertittel: Prosesser og effekter i forbindelse med substormer Kursbeskrivelse: Kurset vil gi en oversikt over fysikken bak energi og momentoverføring fra solvinden til magnetosfære-ionosfære systemet, som resulterer i de såkalte magnetosfæriske substormer (Kristian Birkeland s polare elementærstormer ). Hovedmekanismen som forårsaker den høyst dynamiske energi-koblingen i dette systemet er magnetisk spleising ( reconnection ) av magnetfelter i samband med sterke strømsjikt. I kurset vil vi gjenomgå teori for reconnection ved magnetopausen på jordas dagside samt de dynamiske hendelser i magnetosfære-ionosfære (MI) systemet som oppstår som følge av denne energi og moment overføringen fra solvinden til MI systemet. Spesiell vekt vil bli lagt på de ulike modeller for plasma-dynamikk i strømsjiktet i magnetosfære-halen der substormen utløses, samt på observasjoner av ionosfæriske signaturer i nordlyset, plasma konveksjon og strømsystemer. Vekttall: 10 ECTS Kurssted: NAROM/Andøya Rakettskytefelt Tidspunkt: 14 februar 24 februar, 2005 Undervisningsform: Feltdager: 10 dager Forelesninger: 40 timer Seminarer/kollokvier/prosjektoppgave: 15 timer Språk: Norsk (Engelsk) Antall studenter: 5-10 Eksamen: Muntlig der prosjektoppgave vil telle 20% Fagansvarlig: Nikolai Østgaard (UiO/UiB) Forelesere: Stein Håland (ISSI/UiB) Kontaktperson: Jøran Moen (UiO) Ansvarlig institusjon: Fysisk institutt, UiO Påmeldingsfrist: 24 januar, 2005 Nikolai Østgaard Nikolai.Ostgaard@ift.uib.no +47 5558 2794 Jøran Moen jmoen@fys.uio.no +47 2285 5666/91556414 Stein Håland seh@mpe.mpg.de +49 89 30000 3714
Her følger en dag-til-dag plan. Vi kommer opp mandag 14 februar og den dagen vil gå med til praktiske opplysninger om kurset. Timeplan over forelesninger, kollokvier, presentasjoner, måltider og sosiale aktiviteter vil foreligge. Dagsplan: 0800-0830: frokost 0830-1030: 2 timer forelesning med pause 1215-1300: lunch 1330-1530: 2 timer forelesning med pause 1600-1630: kaffe og vafler 1800-2000: Observasjoner/prosjektoppgaver 2000: Middag 2030: Observasjoner DAG 1 Mandag 14: Introduksjon Ankomst og innkvartering Lunsj Praktiske opplysninger, undervisningsmendge, observasjoner, eksamen osv. Oversikt over hvordan kurset er lagt opp, litteratur liste etc. Presentasjon av Andøya rakettskytefelt og NAROM Omvisning på USOC Sosial samvær DAG 2 Tirsdag 15 a: Introduksjon om substorm, hvor kommer energien fra og ionosfæriske signaturer Nikolai - 2 timer Gi en oversikt over typer observasjoner som er knyttet til substorm forskning og som dette kurset vil prøve å sette inn i en fysisk sammenheng som kan gi innsikt i hva vi kan forklare og hva vi ikke kan forklare om substormer. Vi vil konsentrere oss om globale nordlys observasjoner i løpet av vekstfase, onset og ekspansjonsfasen av substormer og gi en konseptuell framstilling av hvordan energioverføringen fra solvinden transporteres inn i magnetosfæren og avsettes i ringstrøm og ionosfæren via substormer. Vi vil trekke inn enkelt-figurer fra artikler vi vil gå igjennom senere i kurset.
Tirsdag 15 b. Solvind magnetosfære vekselvirkning, reconnection 1. Div figurer 2. Reconnection - MHD konsept: innefrosne feltlinjer (G.Parks). 3. Reconnection teori (Axford) DAG 3 Onsdag 16 a: Solvind magnetosfære vekselvirkning, reconnection 1. Reconnection teori (Axford) - forts. 2. Reconnection i magnetohalen: Wind observasjoner (Øieroset et al) Onsdag 16 b. Solvind magnetosfære vekselvirkning, reconnection Stein 2 timer 1. Dungey syklus IMF south and north 2. Eksperimentell påvisning (insitu) av reconnection (Phan et al) med gjennomgang av dehoffman-teller referanse-system. DAG 4 Torsdag 17 a: Vekst fase: Lagring/transport av energi i magnetosfæren, loben, strømsjikt og indre magnetosfære Stein 2 timer 1. Akkumulering av lobe felt energi (Caan et al.) 2. Økt magnetisk fluks og fortynning/forsterkning av strømsjiktet (Nakamura et al.) Torsdag 17 b: Vekst fase: Lagring/transport av energi i magnetosfæren, loben, strømsjikt og indre magnetosfære 1. Statistisk karakteristika av bursty bulk flow (Angelopoulos, 1994) 2. enkelt figurer fra Raj et al, 2002
DAG 5 Fredag 18a: Substorm onset - observasjoner, som modeller må kunne forklare 1. Injeksjoner ved geosynkron bane og dipolarisering observasjoner (Mauk and Meng) Fredag 18b: Substorm onset - observasjoner, som modeller må kunne forklare (Stein) - 2 timer Stein 2 timer Felt-rettete strømmer og substorm current wedge (Auroral Physics Belehaki et al.) DAG 6 Lørdag 19a: Substorm modeller - teori og observasjoner Instabiliteteter (George Parks nyutgivelse av boka hans): 1. Generellt om instabilitets-analyse (Parks) 2. Rayleigh-Taylor (Parks) Lørdag 19b: Substorm modeller - teori og observasjoner 1. Ballooning instabilitet (Othani et al) 2. Revidert NENL teori (Shiokawa 1997)
DAG 7 Søndag 20a: Substorm modeller - teori og observasjoner 1. Two-fluid instabilitet (Parks) 2. Current disruption model (Lui, 1992) CFCI (Cross-field current instability) Søndag 20b: Substorm modeller - teori og observasjoner 1. Fire-hose (Parks Ji and Wolf) DAG 8 Mandag 21a: Substorm modeller - teori og observasjoner Stein 2 time 1. Onset trigget av konveksjonsreduksjon Lyons, JGR, 2003 2. Trykk balanse inkonsistens teori Erickson & Wolf, 1999 Mandag 21b: Substorm modeller - teori og observasjoner Stein 2 time 3. Substorm og konveksjons- bay : Sergeev, JGR, 2002 DAG 9 Tirsdag 22a - b: Ionosfæriske effekter av substormer Stein 4 timer 1. Ionosfære konduktivitet Joule oppvarming, strømsystemer under substormer, Gjerloev and Hoffmann, JGR, 2002
DAG 10 Onsdag 23a: Energi budsjett for substormer 1. Beregning av tilgjengelig energi i solvinden 2. Utledning av epsilon-parameter (Perrault and Akasofu, 1978, Akasofu, 1982) 3. Tsurutsani om energi-overføring i løpet av nordover rettet IMF (?) Onsdag 23b: Energi budsjett for substormer 4. Beregning av ringstrøm energi (fra Dst) 5. Beregning av Joule oppvarming fra AE indeks 6. Beregning av partikkel-nedbør energi fra UVI/PIXIE målinger 7. med tidligere resulater.hvor mye forsvinner i plasmoider (Ieda, 2000) 8. Resultater fra Østgaard et al, 2002 sammenliknet DAG 11 Torsdag 24: repetisjon og evaluering Gå igjennom emner etter ønske Evaluering avslutning Hjemreise