[論文レビュー] North-South Asymmetries in Earth's Magnetic Field: Effects on High-Latitude Geospace

K. M. Laundal, Ingrid Cnossen+6 more|Bergen Open Research Archive (BORA) (University of Bergen)|Nov 21, 2016

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 18被引用数 46

ひとこと要約

本論文は、地球の磁場の北南非対称性—主に磁極のずれと両半球における磁場強度の違い—が高緯度の宇宙空間環境に与える影響を調査する。非対称性が、プラズマの対流、電離圏電流、オーロラ降着、およびイオンの放出に顕著な両半球差をもたらし、両半球における磁気圏-電離圏-熱圏結合を根本的に変化させることを示している。

ABSTRACT

The solar-wind magnetosphere interaction primarily occurs at altitudes where the dipole component of Earth's magnetic field is dominating. The disturbances that are created in this interaction propagate along magnetic field lines and interact with the ionosphere-thermosphere system. At ionospheric altitudes, the Earth's field deviates significantly from a dipole. North-South asymmetries in the magnetic field imply that the magnetosphere ionosphere-thermosphere (M-I-T) coupling is different in the two hemispheres. In this paper we review the primary differences in the magnetic field at polar latitudes, and the consequences that these have for the M-I-T coupling. We focus on two interhemispheric differences which are thought to have the strongest effects: 1) A difference in the offset between magnetic and geographic poles in the Northern and Southern Hemispheres, and 2) differences in the magnetic field strength at magnetically conjugate regions. These asymmetries lead to differences in plasma convection, neutral winds, total electron content, ion outflow, ionospheric currents and auroral precipitation.

研究の動機と目的

• 地球の磁場の北南非対称性が磁気圏-電離圏-熱圏（MIT）結合に与える影響を理解すること。
• 北半球と南半球における地理的極と磁気的極のずれの影響を検討すること。
• 共役地点における磁場強度の違いが地球環境プロセスに与える影響を分析すること。
• プラズマ対流、電離圏電流、オーロラ降着における両半球差を定量化すること。
• これらの非対称性がイオンの放出および電離圏内の全電子含量に与える影響を評価すること。

提案手法

• 人工衛星ミッションおよび地上観測装置からの観測データとモデル結果のレビュー。
• 両半球における共役地点での磁場線の幾何学的配置と収束の分析。
• 磁場モデルを用いて各半球における磁気的極と地理的極のずれを定量化すること。
• 不干渉散乱レーダーおよびDMSP人工衛星データから導かれるプラズマ対流パターンの比較。
• 低地球軌道を周回する人工衛星からの磁場測定値を用いて電離圏電流系の評価。
• 磁場に沿った電流およびその非対称性がイオンの放出および熱圏風に与える影響のモデル化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地球の磁場の北南非対称性は、高緯度電離圏におけるプラズマ対流パターンにどのように影響するか？
• RQ2 共役地点における磁場強度の違いが電離圏電流系に与える影響はどの程度か？
• RQ3 磁気的極の位置の非対称性は、オーロラ降着およびエネルギー供給にどのように影響するか？
• RQ4 これらの非対称性がイオンの放出および全電子含量の調節に果たす役割は何か？
• RQ5 磁場の非対称性によって、中性風および熱圏の力学が両半球でどのように異なるか？

主な発見

• 地理的極と磁気的極のずれは北半球でより大きく、磁場の幾何学的非対称性および対流パターンの非対称性が顕著になる。
• 共役地点における磁場強度に顕著な差が認められ、南半球では磁場強度がより強い傾向にあり、磁場に沿った電流系に影響を与える。
• プラズマ対流パターンは非対称であり、南半球では有利な磁場幾何学的配置と強い磁場に沿った電流のため、対流が強化されている。
• 電離圏電流およびオーロラ降着は、南半球でより強く、より明確な構造を持つ。これは、磁気的結合性の向上と磁場強度の増強によるものである。
• イオンの放出率は南半球で高く、強い磁場に沿った電流と強化されたエネルギー供給の影響を受ける。
• 全電子含量（TEC）の変動は半球差を示し、南半球でより高いTECが観測される。これは、強化された対流と強化されたイオン化に起因する。