Observation of Cold Dense Plasma Sheet and Plasma Vortices during the Northward Interplanetary Magnetic Field Interval

*Masaki N. Nishino[1] ,Toshio Terasawa [1]
Masahiro Hoshino [1]
Graduate School of Science, University of Tokyo[1]

We have performed case studies on plasma transport across the low-latitude boundary layer using the WIND and GEOTAIL data. We have found that plasma in the plasma sheet adjacent to the dusk flank shows cold and dense status several hours after the northward turning of the interplanetary magnetic field. We will discuss that plasma vortices observed in the dusk flank play an important role in the plasma transport from the solar wind to the dusk magnetotail flank.

我々は、惑星間空間磁場(IMF)北向き時の 低緯度境界領域(Low-latitude boundary layer, 以降LLBL) を通じたプラズマ輸送に関して、以下のデータ解析を行った。

これまでの研究から、IMFが北向きのとき、 Plasma Sheetが冷たく高密度になることが知られてきた。 特にIMFが北向きの状態が長く（〜半日程度）続いた場合には、 Flank付近のPlasma SheetでCold Dense Plasma （Ion Temperature < 1 keV, Ion Density > 1/cc。以降CDP） が観測されることが知られている。 このCDPは、 太陽風から何らかの物理過程によって近尾部プラズマシートに 輸送されたものと考えられており、 その輸送過程としては主として
(1) Flank付近でのDiffusionによる輸送、
(2) Cusp付近でのMagnetic Reconnectionによる輸送、
の２つが提案されている。 特に、(1)のDiffusionに関連して、 Flank付近で生じたKelvin-Helmholtz (K-H)不安定が 成長してできる渦によって太陽風のプラズマが LLBLを通じて磁気圏プラズマシートに 輸送されることが期待されている。

我々はWIND衛星とGEOTAIL衛星のデータを解析し、 IMFが北向きに変わってからCold Dense Plasma Sheet (CDPS)が 形成されるまでの 時間スケールが数時間程度であることを示した。 このときPlasma SheetではK-H不安定によると思われる渦が 観測され、同時に、Plasma SheetのIon温度が徐々に下がり、 Ion密度が徐々に上昇することが示された。 E-tダイアグラムによれば、この温度と密度の変化は、 太陽風起源と思われる冷たい成分が Plasma Sheetに流入した結果であると考えられる。

我々は、これらの観測結果に基づき、 IMF北向き時のDusk Flank付近でのCDPSの形成に関して 以下のシナリオを提示する。
(1) IMFが北向きに変わる。
(2) K-H不安定に伴う渦が成長し、
LLBLで太陽風プラズマと磁気圏プラズマの混合が起こる。
(3) プラズマ混合の結果、Plasma Sheetの温度が下がり、密度が上昇する。
(4) 数時間に渡って太陽風の流入・混合が続く結果、 Dusk Flank付近でCDPSが形成される。

講演では、IMF北向き時の観測結果を示し、 太陽風から磁気圏へのLLBLを横切るプラズマ輸送について 議論する予定である。