Küresel nötr kutup rüzgar modeli

Nötr kutup rüzgarı, konveksiyon ve yağış özelliklerine bağlı olarak oldukça dinamik bir yapı gösterir. Kutupsal rüzgârdaki iyonlar, yüksek enlemlerdeki konveksiyon elektrik alanlarına oldukça bağımlıdır ve dışarı akış dinamikleri, auroral bölgedeki çöken elektronların ısı girdisi ile değiştirilir. Nötr kutup rüzgârının yeni bir üç boyutlu modeli geliştirildi, iyon kutup rüzgarı ile arkaplan termal ve jeokoronal nötr arasındaki yük değişiminin yanı sıra, auroral bölgedeki elektronların çökelmesinden kaynaklanan konveksiyonlu iyon kutup rüzgârını ve ısınmayı hesaba katıyor. atomlar. Sonuçlar, kutup başlıkları üzerinde nötr kutuplu rüzgar parçacıklarının hem yatay hem de dikey yönlerde son derece büyük akılar sergilediğini göstermektedir. ve sabit bir gözlemciye, nötr kutuplu rüzgar parçacıklarının her yönde hareket ettiği görülecektir. Sonuçlar ayrıca jeomanyetik fırtınalar sırasında meydana gelen ısınmanın hem iyon hem de nötr parçacıklar yoluyla iyonosfer ile manyetosfer arasında önemli bir bağlantıya yol açtığını gösteriyor.

Son araştırmalar, yüksek enlem kutupsal başlık bölgelerinde iyonosferden manyetosfere önemli miktarda nötr partikül akışının aktığını göstermiştir. IMAGE uzay aracındaki LENA cihazının ölçümleri , güney kutup başlığından manyetosfere birkaç kez 10 ⁹ cm ⁻² s- ^1'lik bir nötr akının aktığını göstermiştir [ Wilson et al. , 2003 ]. Bu dışarı akan nötrlerin önemli bulgusu, aurora gibi yerelleştirilmiş bir kaynaktan değil, her yönden geliyor gibi görünmeleriydi. Son zamanlarda, tek boyutlu (1-D) bir teorik çalışma, birkaç kez 10 ⁹ cm ⁻² s düzeyinde nötr bir H çıkışının olduğunu göstermiştir.⁻¹ , iyon kutup rüzgarı ve arka plan nötrleri arasındaki yük değişiminden dolayı yüksek enlem kutup başlığında üretilebilir [ Gardner ve Schunk , 2004 ].

Yüksek enlemlerdeki iyon çıkışı, gezegenler arası manyetik alana bağlı alan çizgilerinden veya manyeto kuyruğu oluşturan ters yönde uzatılmış alan çizgilerinden kaynaklanır. Bu alan çizgilerindeki iyonlar, yeterli enerjiye sahiplerse, iki kutuplu elektrik alanı ve basınç gradyanları nedeniyle iyonosferden yukarı ve dışarı akarlar. Axford [1968]bu süreci güneş rüzgarına benzer şekilde kutup rüzgarı olarak adlandırdı. Kutupsal rüzgar iyonları, bu manyetik alan çizgileri boyunca akarken, arka plan termal nötrleri ve sıcak jeokoronal atomlarla yük değişim reaksiyonlarına girerler. Bu yük değişim süreci, bir elektronun nötrden iyona transferini içerir, böylece bir akış nötr üretir. İyon, yük değişim sürecinden önce yeterli enerjiye sahipse, üretilen nötr Dünya'dan kaçar; aksi takdirde Dünya'nın yerçekimi alanı tarafından kapana kısılmış kalacaktır.

Yüksek enlemlerde iyonosfer, açık manyetik alan hatları aracılığıyla güneş rüzgarına dinamik olarak bağlanır ve bu bağlantı nedeniyle çapraz kutuplu bir tepe potansiyeli (PCP) gelişerek yüksek enlemlerde konveksiyona neden olur [cf. Schunk ve Nagy , 2000 ]. Bu bağlantıyı açıklamak için birkaç mekanizma öne sürülmüştür; bunlara, doğrudan alan çizgileri boyunca doğrudan güneş rüzgarı elektrik alanı haritalamasıyla güneş rüzgarı manyetik alanına doğrudan bağlanan kutup başlığı alan çizgileri [örn. Toffoletto ve Hill , 1989 ] veya manyetik birleşme kombinasyonu dahildir. gün tarafındaki ve manyetokuyruktaki alan çizgileri ve güneş rüzgârının viskoz etkileşimleri ve manyetosferin yanlarındaki düşük enlem sınır tabakası [ Cowley ve Lockwood, 1992 ; Cowley , 1982 ]. Her iki durumda da güneye doğru gezegenler arası manyetik alan (IMF) durumunda iki hücreli bir konveksiyon modeli veya kuzeye doğru bir IMF durumunda çok hücreli bir konveksiyon modeli gelişir. Konveksiyona ek olarak, yüksek enlemlerde partikül çökelmesi, alt termosferde önemli bir enerji kaynağıdır ve termal yapıyı ve partikül dağılımını modifiye etme görevi görür. Enerjik elektronlar iyonosferde biriken enerjinin çoğunu taşır [örneğin, Fuller ‐ Rowell ve Evans , 1987 ; Rees vd. , 1995 ] ve optik emisyonlar ve iyonizasyon üretirler.

Nötr atomların taşınması yoluyla iyonosfer ve manyetosfer arasındaki bağlantıyı daha tam olarak anlamak için yeni bir küresel hidrodinamik model geliştirilmiştir. Bu model, nötr kutup rüzgarının özelliklerini aydınlatmak için iyon kutup rüzgarını, yük değişimini, konveksiyonu ve elektron çökelmesini hesaba katar.