Réunion ANR IODISSEETOULOUSE 11-12 Janvier 2010

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L’ionosphère aux basses et moyennes latitudes: Observations DEMETER

M. Malingre1, J.J. Berthelier2

1 Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP), Saint-Maur

2 Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Saint-Maur

Plan

• Instabilities of the nightside equatoriel ionosphere

• Response of the nightside equatorial ionosphere to strong magnetic storms.

• Equatorial plasma bubbles.

• Plasma blobs (density enhancements).

L’ionosphère équatoriale (secteur 19-23 h TL)

• Couplage atmosphère neutre- plasma ionosphérique

• Fort gradient de densité (18-20h TL)

• Champ Bo horizontal

Perturbations de l’atmosphère neutre (ondes de gravité, …)

Développement d’instabilités (Rayleigh-Taylor,...)

Formation d’irrégularités de densité du plasma ionosphérique avec un spectre très large (~1 m -100 km)

Effet sur la propagation des ondes radio-électriques HF et UHF → perturbations des communications dans ces bandes de fréquence et dans le fonctionnement des systèmes utilisant les liaisons GPS.

Rayleigh-Taylor instability plasma bubbles

(Kelley, The Earth’s ionosphere, 1989)

conditions for instabilityg // - grad n(Eo +UnxB) x B // grad n

Linear growth rate of the generalized Rayleigh –Taylor instability

x

in

y UgB

EL

01

eastward E gravity neutral windx (upward)

z (along Bo)

y eastward

1

1

dxdn

nL o

o

L’ionosphère équatoriale (secteur 19-23 h TL)

durant les orages magnétiques

Pénétration du champ E d’origine magnétosphérique durant la phase initiale de l’orage

Eest x Bo → remontée du maximum de la région F à des altitudes qui peuvent atteindre 1000 km

Développement de l’instabilité de Rayleigh-Taylor

Formation de bulles de plasma

• 50-100 km en direction est-ouest

• 1000-2000 km le long de Bo

Grandes structures obervées par Demeter où la densité du plasma est inférieure de ~ 2 à 3 ordres de grandeur à celle du plasma ambiant

The magnetic storms of November 7-12, 2004

Large-scale plasma density depletions only observed during the

initial and main phases of magnetic storms.

Voir transparents de J.J. Berthelier pour données ondes durant ces orages

Equatorial plasma density depletions observed during

strong magnetic storms

• Interpreted either as:

- Signature of a severe uplift of the bottom-side ionosphere above the

DEMETER altitude due to the prompt low-latitude penetration

of large magnetospheric eastward E ;

- or crossing of plasma bubbles.

• Storm-phase dependence:

Suppression during the recovery phase due to long-lasting ionospheric disturbance dynamo westward E associated with storm-time neutral winds driven by Joule heating of the auroral ionosphere/thermosphere.

Equatorial plasma bubbles during magnetically quiet times

Magnetically quiet period: Kp=1+

= k.Vs (Doppler) →spectre en k des irrégularitésPour f=100 Hz L~70 m en direction parallèle et 7 m en direction perpendiculaire

Plasma blobs

Conclusions

• Existence d’une turbulence électrostatique dans la bande 10-300 Hz associées aux plasma bubbles et plasma blobs= k.Vs (Doppler) → échelles spatiales des irrégularités de densité

• Demeter → composition du plasma: O+,H+,He+, NO+

• Influence de l’activité solaire (IMF B, E), orages magnétiquesPerturbations de Eiono →effets sur le développement des irrégularités

-E lié à la dynamo vent solaire/magnétosphère (phase de croissance de l’orage)

-E lié à la perturbation de la dynamo ionosphérique (phase de recouvrement de l’orage)

• Importance d’un modèle de Eiono pour le transport des ions