Quantitative Modeling of Magnetospheric Processes

Title Page
......Page 3
Copyright
......Page 4
CONTENTS......Page 5
Introductory Remarks......Page 9
OVERVIEW - MAGNETIC FIELDS......Page 14
Introduction......Page 16
The Olson-Pfitzer 1977 Model......Page 19
The Tsyganenko Model......Page 21
The Voigt Model......Page 24
Comparison with Vector Observations......Page 25
Mercury......Page 31
Jupiter......Page 33
Summary and Conclusions......Page 38
References......Page 39
Introduction......Page 42
Magnetometers at Synchronous Orbit......Page 43
Characteristics of Synchronous Orbit Magnetometers......Page 47
Standard Synchronous Magnetometer Data Displays......Page 48
Digital Synchronous Magnetic Field Data......Page 51
Discussion......Page 52
References......Page 53
Introduction......Page 55
Angular Parameters......Page 56
Data Used in the Analysis......Page 59
Noon-Midnight Meridian......Page 61
Dawn-Dusk Meridian......Page 63
α Calculated from Models......Page 64
α and A I......Page 66
Dawn-dusk asymmetry......Page 67
References......Page 69
Technique for Field-Line Mapping......Page 71
1. High Altitude Observations......Page 72
2. Low Altitude Observations......Page 75
3. Field Line Mapping......Page 77
References......Page 82
Procedure......Page 84
Results......Page 86
Conclusions......Page 91
References......Page 92
1. Introduction......Page 93
2. Two-dimensional Theory......Page 94
3. General Solution......Page 96
4. Simplified Magnetopause Geometry......Page 97
5. Conclusions......Page 100
References......Page 101
Introduction......Page 103
Observations......Page 104
Conclusion and Discussion......Page 112
References......Page 116
Field Models' Current Status......Page 117
Model Evaluations......Page 121
Summary......Page 123
References......Page 124
OVERVIEW - HIGH ENERGY PARTICLES......Page 125
References......Page 127
Temporal Variations......Page 128
Outer Zone Models......Page 129
Temporal Variations......Page 141
The Inner Zone Model AE-6 iii......Page 149
Short Term......Page 152
Long Term......Page 153
Conclusion......Page 154
References......Page 155
Introduction......Page 157
PAD Survey......Page 159
Drift-Shell Splitting- Basic Ideas......Page 161
Effect of the Dayside Minimum-B Regions......Page 164
PAD's Near Dusk......Page 167
Premidnight Magnetosphere......Page 168
PAD's Near Midnight- Quiettime Modeling Stud......Page 170
PAD'sa t 6.6 to 15 RE DuringS ubstormNse ar the MidnightM eridian......Page 174
Post Midnight- 9 to 15 R......Page 179
General......Page 180
Energetic-Proton Spatial Gradients and the East-West Effect......Page 181
Ener?..etic Proton and Electron Flow in the Magnetotail......Page 183
References......Page 184
Introduction......Page 187
Description of the Data......Page 189
Approach......Page 193
PrototypOe bservatioannsd I nterpretations......Page 194
Quantitative comparisons......Page 198
Long-Term Variability of Energetic Electron Fluxes......Page 203
References......Page 208
Introduction......Page 210
Instrumentation and Analysis Techniaues......Page 211
Observations......Page 214
Discussion......Page 223
REFERENCES......Page 225
Introduction......Page 227
Coronal Transport and Interplanetary Injection......Page 230
Interplanetary Particle Propagation......Page 237
Interaction of Interplanetary Energetic Particles With the Magnetosphere......Page 243
References......Page 244
Introduction......Page 249
Cutoff Calculations......Page 251
The Data......Page 255
Summary......Page 258
References......Page 259
Experiments......Page 260
Theories and Models......Page 261
Representative' Models......Page 265
Summary......Page 266
References......Page 267
Introduction......Page 268
Basic theoretical concept......Page 269
The convection field......Page 271
The corotation field......Page 281
The polar cap field......Page 282
Conclusion......Page 284
Literature......Page 285
Introduction......Page 288
Coordinates for Data Presentatio......Page 290
The Afternoon Sector......Page 291
The Frontside Magnetosphere......Page 294
The Morning Sector......Page 295
The Night Sector during Quiet Conditions......Page 298
Electric Field Fluctuations and Pulsations......Page 299
Summary......Page 301
References......Page 302
Introduction......Page 304
Convection in the Inner Magnetosphere......Page 305
Solar-Wind/Magnetosphere Interaction......Page 307
Magnetic Merging at the Magnetopause......Page 310
Diffusive Momentum Transfer......Page 313
The Magnetospheric Tail......Page 316
The Atmosphere/Magnetosphere Interaction......Page 318
Reference......Page 319
Introduction......Page 323
Modeling the Electric Field......Page 325
Charged Particle Energization......Page 330
Conclusions......Page 331
References......Page 332
Numerical Model......Page 333
Model Solution for the Lower Atmosphere......Page 336
References......Page 342
OVERVIEW- LOW ENERGY PARTICLES......Page 345
Introduction......Page 347
Instrumentation......Page 349
The plasmasphere......Page 351
Magnetic field-aligned ion beams......Page 353
Composition of trapped ions......Page 358
Artificial Ion Injection Experiments......Page 365
Concluding Remarks......Page 366
References......Page 367
Definitions......Page 371
Statistical Models......Page 372
Analytic Simulations......Page 376
Static Models......Page 381
Time- Dependent Models......Page 387
Problem Areas......Page 390
References......Page 393
Introduction......Page 396
Plasma Flow......Page 397
Solar Wind......Page 398
Bow Shock......Page 399
Magnetosheath......Page 401
Magnetopause......Page 403
Plasma Sheet......Page 404
References......Page 406
Introduction......Page 408
Observations......Page 410
Discussion......Page 416
References......Page 417
Introduction......Page 419
Observations......Page 420
Impulsive penetration model......Page 421
Discussion......Page 423
References......Page 428
Introduction......Page 430
Rates oF Flux Erosion and Return......Page 431
Long Term Events......Page 433
Short Term Events......Page 434
pirical relations on a shorter time scale.......Page 435
Discussion......Page 438
References......Page 440
Introduction......Page 443
Data Analyzed......Page 444
Dependence of Geomagnetic Indices on the IMF Magnitude and the Solar Wind Velocity......Page 445
The Solar Wind Density and the IMF Variance Effects......Page 449
Summary and Discussion......Page 452
References......Page 454
1. Introduction......Page 455
2. Method......Page 456
4. Results......Page 458
References......Page 465
OVERVIEW - MODELING TECHNIQUES......Page 467
Introduction......Page 469
The Idealized Dipole Problem......Page 470
Velocity Distributions......Page 472
Current Densities......Page 474
Method of Solution......Page 475
Discussion......Page 476
References......Page 479
1. Introduction......Page 480
2. Current Distributions......Page 482
3. Equivalent Magnetization......Page 486
4. Equivalent Magnetic Charge......Page 492
5. Grid Cell Model Current System......Page 497
6. Inductive Electric Fields......Page 499
7. Conclusions......Page 502
References......Page 504
Introduction......Page 506
Assumptions and Logic......Page 508
Results......Page 510
Rapid Subauroral Flow......Page 513
Birkeland-Current Patterns......Page 515
Summary......Page 516
References......Page 517
Introduction......Page 520
Formulism and Basic Assumptions......Page 526
Convection Electric Field Model......Page 528
Agreement With Explorer 45 Observatio......Page 530
Addition of Time-Dependence to Convection Electric Field......Page 532
Visual Description of Particle Motion......Page 534
References......Page 539
Introduction......Page 543
Numerics......Page 544
Zero, Solar Wind Magnetic Field......Page 546
Southward Solar Wind Magnetic Field......Page 549
Dependence of Magnetic Field Patteren on Angle betwee Solar Wind Field and Dipole Moment......Page 550
2-D Numerical Substorm and Anti-Substorm - 90 ø Solar Wind field Switch......Page 551
2-D Numerical Substorm: 180 ø North-South Solar Wind Field Switch......Page 557
Discussion......Page 561
References......Page 562
Introduction......Page 564
Definition of the Model......Page 565
Quiet-Time Results......Page 568
Disturbed-Time Results......Page 570
Summary and Conclusions......Page 573
References......Page 574
Introduction......Page 576
MOTION OF PARTICLES......Page 577
Drift Shells of Electrons......Page 579
Change in Kinetic Energy and Pitch-angle......Page 581
Longitudinal Change in t he Drift  Ve!ocity......Page 583
Application to Synchronous measurements......Page 585
Discussion of the Results-Conclusion......Page 586
References......Page 587
Introduction......Page 589
Approach......Page 591
Results......Page 596
References......Page 597
Introduction......Page 599
Solving the Axisymmetric Magnetopause......Page 600
General Shape No Symmetry Conditions......Page 603
Some Applications......Page 604
References......Page 605
OVERVIEW - MODEL APPLICATIONS......Page 606
Introduction......Page 609
Nature of Model......Page 610
Current Status......Page 613
References......Page 615
Introduction......Page 616
Electron Density Profile Modeling......Page 617
Monitoring Techniques......Page 618
MagnetosPheric Substorm Prediction......Page 619
The Future......Page 620
References......Page 621
Introduction......Page 624
Experimental Instrumentation and Environment......Page 627
Plasma Generator......Page 628
Low Light Level Television LLTV......Page 629
Plasma......Page 630
Measurements......Page 631
Sheath Dimension......Page 632
Voltage Distribution Along the SPS with Both Ends Floating......Page 634
Total Plasma Current Measurement......Page 636
Ion Focusing......Page 637
Conclusions......Page 639
References......Page 640
Introduction......Page 641
Parametric Study for Solid Aluminum Spheres Using Incident Electrons......Page 643
parametric Study f0r USAF Satellite Using Incident Electrons......Page 645
Conclusion......Page 650
OVERVIEW - MODELS AND DATA - DISCUSSION OF THE JULY 29, 1977 SUBSTORM......Page 651
MAGNETIC FIELD MODELS......Page 654
ENERGETIC PARTICLE RADIATION MODELS......Page 656
ENERGETIC PARTICLE RADIATION MODELS......Page 657
ELECTRIC-FIELD MODELS......Page 658
ELECTRIC-FIELD MODELS......Page 659
Key Word List Index......Page 662