Multi-spacecraft methods to investigate transient structures in space plasma

Abstract

С помощью спутников Cluster был исследован токовый слой (ТС) хвоста магнитосферы Земли в невозмущенных условиях. В работе рассматриваются спокойные, квазистационарные события длительностью от 30 до 90 минут. Длительное сканирование ТС происходит в основном из-за собственного движения спутников, в отличие от большинства предыдущих исследований, где пересечения занимают менее 10 минут и вызваны движением самого слоя, в частности, флэппинг колебаниями или диполизациями. Исследуемые токовые слои имеют толщины 1-2Re или 40-100 протонных гирорадиусов. Различия в профилях тока и концентрации свидетельствует о вложенности токовых слоев. Сумма трех посчитанных вкладов в ток (диамагнитный ток протонов, диамагнитный ток электронов, анизотропный ток электронов) близка к току, найденному по курлометру. Вблизи нейтрального слоя основной вклад в общий ток (1-4 нА/м^2) вносит градиентный ток электронов, вдали от нейтрального слоя – диамагнитные токи ионов и электронов.

We investigate Earth's magnetotail current sheet (CS) under undisturbed conditions using Cluster observations. We consider quasi-stationary events with duration of 30 - 90 minutes under quiet magnetospheric conditions. The long scan of the CS is mainly due to the satellites' motion, in contrast to most previous studies, where the crossings took 10 minutes or less and were caused by the motion of the layer itself due to flapping motions or magnetic dipolarizations. Current sheet thicknesses we obtain are 1-2Re or 40-100 proton gyroradii. The electric current profiles are thinner than the plasma density profiles indicating that the current sheets are embedded. The sum of the three calculated contributions to the current (proton diamagnetic current, electron diamagnetic current, anisotropic electron current) has similar value to the electric current from curlometer method. The main contribution to the total current (1-4 nA/m^2) is from the gradient current of electrons near the CS center and from the ion and electron diamagnetic currents far from the CS center.