Modeling Magnetospheric Plasma

Geophysical Monograph Series......Page 1
Modeling Magnetospheric Plasma......Page 3
CONTENTS......Page 5
PREFACE......Page 7
INTRODUCTION......Page 9
The Sources......Page 10
Magnetospheric Plasma Regions......Page 12
Magnetospheric Plasma Composition......Page 13
References......Page 15
Introduction......Page 19
Observations of Kinetic Effects......Page 20
Solar Wind-Magnetosphere Interactions......Page 22
Recent Trends in Kinetic Modeling......Page 23
References......Page 24
Solar EUV and UV-Driven Circulation......Page 29
Global Dynamo......Page 30
High-Latitude Thermospheric Dynamics......Page 31
Time-Dependent TGCM Simulations......Page 33
References......Page 38
Role of Magnetohydrodynamics......Page 41
Magnetosheath......Page 42
Magnetotail......Page 43
Magnetosheath/Magnetosphere Dayside......Page 44
References......Page 45
Introduction......Page 46
The Model......Page 47
Simulation Results......Page 48
The Physical Model......Page 51
Comparison with Observations......Page 52
References......Page 55
Kinetic Theory Approach......Page 57
Physical Derivation......Page 58
References......Page 59
Introduction......Page 60
The Model......Page 61
Results: J-E Relation......Page 62
Self-Consistent Electric Field......Page 63
References......Page 64
Introduction......Page 65
Modeling Framework......Page 66
Discussion......Page 68
References......Page 69
Introduction......Page 70
Fluxes......Page 71
Interhemispheric Fluxes......Page 74
Temperatures......Page 75
Electric Fields......Page 77
References......Page 78
Introduction......Page 81
Selection of Events and Data Processing......Page 82
Plasma Flow in the Plasmaspheric Bulge......Page 85
Discussion......Page 86
References......Page 88
1. Introduction......Page 89
2.1 Colliding Plasma Streams......Page 90
2.2 Small-Scale Simulations......Page 91
2.3 Numerical Results......Page 92
2.4 Equation of State for the Electrons......Page 94
3.1 Single-Fluid Hydrodynamic Model......Page 95
3.3 Why do the Streams not Couple in the Two-Fluid Hydrodynamic Model?......Page 97
3.4 Electron Dynamics......Page 98
4. Wave-Particle Interactions and Refilling......Page 99
References......Page 100
Model......Page 102
Data......Page 104
References......Page 105
Observations......Page 107
Temperature Structure......Page 108
Density Structure......Page 109
Composition......Page 111
References......Page 113
Experimental Results......Page 115
Model Simulation......Page 117
Summary and Conclusions......Page 119
References......Page 120
1. Introduction......Page 121
2. Theoretical and Observational Background......Page 122
3. Model Equations......Page 123
4.2 Anisotropic Decay......Page 125
5. Turbulent Flows......Page 127
Appendix: Energy Transport Equation......Page 131
References......Page 132
2.1 Mathematical Basis of the TransportEquations......Page 133
2.2 Reduced Sixteen-Moment Transport Equations......Page 134
2.3 Anomalous Transport Coefficients......Page 135
3.1 Upward Current Simulations......Page 136
3.2 Return Current Simulations......Page 137
4.1 Steady State Solutions......Page 138
4.2 Time-Dependent Solutions......Page 139
References......Page 142
Plasma Exchange in the Auroral Zone......Page 144
Energetic Ion Plasma Typically Observed in the Mid-Altitude Auroral Zone......Page 146
The Excess Oxygen Problem......Page 148
Transverse Acceleration and Ion Conics......Page 150
Ion Velocity Dispersion Events......Page 151
Concluding Remarks......Page 153
References......Page 154
Introduction......Page 157
Kinetic Equation......Page 158
Conic Shape......Page 159
Summary......Page 160
References......Page 161
Introduction......Page 162
Observations of the January 18, 1984, Substorm......Page 163
Observation Summary......Page 164
Discussion......Page 165
References......Page 166
The Model......Page 168
Simulations with Ion Heating and Anomalous Resistivity......Page 169
References......Page 172
Introduction......Page 174
Data Analysis......Page 175
L Versus MLT Variations......Page 176
Discussion......Page 177
Conclusions......Page 179
References......Page 180
Introduction......Page 181
The Monte Carlo Model......Page 182
Discussion......Page 184
References......Page 185
Observations......Page 186
Discussion......Page 189
References......Page 190
Introduction......Page 191
Simulation Model......Page 192
Summary and Discussion......Page 194
References......Page 196
Simulation Model......Page 198
Simulation Results......Page 199
Conclusion......Page 201
References......Page 202
Introduction......Page 203
Data Analysis......Page 204
Ion Flow Dependences......Page 206
References......Page 208
Introduction......Page 210
H+ Outflow......Page 211
He+ Outflow......Page 212
Collisionless Polar Wind Characteristics......Page 213
Transition From Collisional to Collisionless Regimes......Page 214
Suprathermal Ions in the Polar Wind......Page 215
Hot Magnetospheric Electrons......Page 216
Localized Density Hole......Page 217
Conclusions......Page 218
References......Page 219
Introduction......Page 220
The Polar Wind......Page 221
Low-Altitude Transverse Ionospheric Acceleration ~500-1400 km......Page 222
Mid-Altitude Superthermal Upwelling Ions and Transversely Accelerated Core Ions......Page 223
Geomagnetic Mass Spectrometer Effect......Page 224
Perpendicular and Parallel Auroral Acceleration Signatures......Page 225
Polar Ionospheric Ion Outflow......Page 226
Summary and Discussions......Page 228
References......Page 230
Ion Flux Variation with Season, Solar Cycle, and Geomagnetic Activity......Page 232
Escape Flux Composition......Page 234
Conclusions......Page 235
References......Page 236
Introduction......Page 237
Results......Page 238
Discussion......Page 239
References......Page 240
1. Introduction......Page 241
3. Stability of a Plane One-Dimensional Current Sheet......Page 242
4. Stability of the Two- or Three-Dimensional Magnetotail Current Sheet......Page 243
6. Summary and Discussion......Page 246
References......Page 247
Currents in the Plasma Sheet......Page 250
Mapping the Plasma Sheet Boundary Layer into the Auroral Oval......Page 252
Plasmoids and Boundary Layers......Page 253
Plasma Flow in the Central Plasma Sheet......Page 255
Search for the Poleward Leap of the Aurora......Page 256
Variations of Magnetotail Energy During an Auroral Substorm......Page 259
The Theta Aurora......Page 261
References......Page 263
Kinetic Equilibria......Page 266
Stability and Tearing Modes......Page 267
Explosive Tearing Reconnection......Page 268
Kinetic Simulations......Page 269
Motion in Quasi-Steady Fields......Page 270
Motion Near Neutral Points or Lines......Page 272
Plasmoid and Plasma Sheet Boundary Layer Models......Page 273
References......Page 274
Introduction......Page 278
Linear Analysis......Page 279
Simulation Results and Discussion......Page 280
References......Page 284
Introduction......Page 286
Pi 2 Pulsations......Page 287
References......Page 289
Introduction......Page 291
Linear Theory......Page 292
Simulation Results......Page 294
References......Page 296
Introduction......Page 298
Time-Dependent Parameters......Page 299
Case 1 - Short Duration Event......Page 301
Case 3 - Long Duration Event......Page 302
References......Page 303
2. Solar Wind Boundary Conditions......Page 305
2.2 Different Regimes of Reconnection......Page 306
2.3 Stability of Flux-Pile-Up Regime......Page 307
3.2 Auroral Motion......Page 309
3.3 Plasma Sheet Boundary Layer......Page 312
References......Page 313
Introduction......Page 315
Spatial Scales of Magnetospheric Phenomena......Page 316
Multiple Spatial Scale Analysis......Page 317
Conclusions......Page 318
References......Page 319
CONFERENCE PARTICIPANTS......Page 321