[논문 리뷰] North-South Asymmetries in Earth's Magnetic Field: Effects on High-Latitude Geospace

K. M. Laundal, Ingrid Cnossen외 6명|Bergen Open Research Archive (BORA) (University of Bergen)|2016. 11. 21.

Ionosphere and magnetosphere dynamics참고 문헌 18인용 수 46

한 줄 요약

이 논문은 지구 자기장의 남북 대칭성 결여—주로 이심된 자기극과 양반구 간 자기장 강도의 차이로 인해 발생—이 고위도 지성공간 동역학에 어떤 영향을 미치는지 조사한다. 이는 이론적으로 상반된 자기장 기하학적 특성과 자기장 강도의 차이가 고위도에서 플라즈마 순환, 이온층 전류, 오로라 에너지 침착 및 이온 탈출에 중대한 상반구 간 차이를 초래하며, 양반구의 자기권-이온권-기상권 결합 메커니즘을 근본적으로 변화시킴을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 지구 자기장의 남북 대칭성 결여가 자기권-이온권-기상권(MIT) 결합에 미치는 영향을 이해하는 것.
• 북반구와 남반구에서 지리적 극과 자기극 간의 이심이 미치는 영향을 분석하는 것.
• 공액 지점에서 자기장 강도의 차이가 지성공간 과정에 어떤 영향을 미치는지 분석하는 것.
• 플라즈마 순환, 이온층 전류, 오로라 에너지 침착의 상반구 간 격차를 정량화하는 것.
• 이러한 비대칭성이 이온 탈출 및 이온층 내 총 전자 농도에 어떤 영향을 미치는지 평가하는 것.

제안 방법

• 위성 임무 및 지상 기반 장비에서 확보한 관측 데이터와 모델링 결과를 검토하는 것.
• 양반구의 공액 지점에서 자기장 선의 기하학적 특성과 수렴 특성을 분석하는 것.
• 자기장 모델을 사용하여 각 반구에서 자기극과 지리적 극 간의 이심을 정량화하는 것.
• 비정상성 산란 레이더와 DMSP 위성 데이터로부터 유도된 플라즈마 순환 패턴을 비교하는 것.
• 저궤도 위성에서 확보한 자기장 측정 자료를 활용해 이온층 전류 시스템을 평가하는 것.
• 장축 전류의 비대칭성이 이온 탈출 및 기상권 바람에 미치는 영향을 모델링하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지구 자기장의 남북 대칭성 결여가 고위도 이온층에서 플라즈마 순환 패턴에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 공액 지점에서 자기장 강도의 차이가 이온층 전류 시스템에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 자기극 위치의 비대칭성이 오로라 침착 및 에너지 투입에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이러한 비대칭성이 이온 탈출 및 총 전자 농도 조절에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 자기장 비대칭성으로 인해 중성 바람과 기상권 역학이 양반구 간 어떻게 다를까?

주요 결과

• 지리적 극과 자기극 간의 이심은 북반구에서 더 크며, 이로 인해 자기장 기하학과 순환 패턴의 비대칭성이 더욱 심화된다.
• 공액 지점에서 자기장 강도에 뚜렷한 차이가 있으며, 남반구에서는 자기장 강도가 더 크며, 이는 장축 전류 시스템에 영향을 준다.
• 플라즈마 순환 패턴은 비대칭적이며, 유리한 자기장 기하학과 강력한 장축 전류로 인해 남반구에서 더 강한 순환이 발생한다.
• 이온층 전류와 오로라 침착은 자기 연결성 향상과 자기장 강도 증가로 인해 남반구에서 더 강하고 더 구조적으로 나타난다.
• 이온 탈출률은 남반구에서 더 높으며, 강력한 자기장 장축 전류와 증가한 에너지 입력으로 인해 영향을 받는다.
• 총 전자 농도(Total Electron Content, TEC) 변화는 상반구 간에 다름을 보이며, 더 강한 순환과 증가한 이온화로 인해 남반구에서 TEC가 더 높다.