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Mission DEMETERQuelques résultats sur l’ionosphère
J.J. Berthelier, T. Onishi, X. Wang*, E. Seran (LATMOS), M. Malingre (LPP)* Maintenant à OCA
Atelier Pôle Système Solaire IPSL, Avril 2013
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Plan
1- DEMETER: objectifs et charge utile scientifiques
2- Recherche d’effets pré-sismiques
3- Perturbations induites par les émetteurs VLF
4- Effets d’une éclipse dans l’ionosphère supérieure
5- Perturbations ionosphériques associées aux ondes de gravité
6- Instabilités de l’ionosphère équatoriale
DEMETER
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DEMETERMission et Objectifs Scientifiques
- Premier µ-satellite de la famille MYRIADES du CNES
- Lancement depuis Baïkonour le 29 juin 2004 par lanceur Dniepr (ex SS19)
- Arrêt des opérations 9 décembre 2010- Plus de 6 ans de bons et loyaux services
Objectifs scientifiques de la mission
1- Recherche d’effets ionosphériques pré-sismiques
2- Perturbations ionosphériques induites par les activités humaines
3- Physique de l’ionosphère et météorologie spatiale
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DEMETER
Orbit- Circular at 715 km (later 650 km) , 98° inclination, - Quasi helio-synchronous
- nodes ascending ~ 22.30 LT, descending ~ 10.30 LT- 3 axis stabilized, X nadir, - Z aligned with orbital velocity
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DEMETEROrbites et zones de mode Burst
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DEMETERRecherche d’effets pré-sismiques dans l’ionosphère
Analyse statistiques des ondes VLF
M ≥ 4.8, d ≤40 km
Distribution statistiqueSans activité sismique
M>5, d ≤40 km M>5, d ≤40 km
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DEMETERPerturbations ionosphériques associées aux émetteurs VLF
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DEMETEREffets des émetteurs VLF sur les ceintures de radiation
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DEMETEREclipse 29 Mars 2006
Effets dans l’ionosphère supérieure
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DEMETEREclipse 29 Mars 2006
Effets dans l’ionosphère supérieure
Observations DEMETER Modélisation SAMI2
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DEMETERMSTID et ondes de gravité
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Data comparison at the same conjugate points of different altitudes (300km and 660km)
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DEMETERPropagation des perturbations dans l’ionosphère supérieure
F-peak 300kmF-peak 300km
DEMETER 660kmDEMETER 660km
Ionosphèrecollisionnelle
Ionosphèrenon collisionnelle
≤ 400 km
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Normal SAMI2 SimulationNormal SAMI2 Simulation SAMI2 Simulation with MSTIDSAMI2 Simulation with MSTID
Difference
DEMETERModélisation ionosphérique SAMI2
The difference of 2 results illustrates a propagation of MSTID perturbation along B-field. Propagation reaches to the other hemisphere.
The difference of 2 results illustrates a propagation of MSTID perturbation along B-field. Propagation reaches to the other hemisphere.
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Phase differences of observed parameters and their orders correspond well between the observation and a simulation.
Phase differences of observed parameters and their orders correspond well between the observation and a simulation.
DEMETERComparaison Observations Simulations
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Ion Acoustic wave in SAMI2 for each ion species
SAMI2: Plasma Propagation
Propagation speed matches to that of the ion acoustic wave of the major ion species (H+) at high altitudesPropagation speed matches to that of the ion acoustic wave of the major ion species (H+) at high altitudes
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The Magnetic Storm of November 7 to 10, 2004
Orbits with plasma depletions
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Nigh-time Orbit 1903
Equatorial Plasma depletion
and Plasma waves
Electrostatic Turbulence at boundaries
Continuous ELF EM emissions
Burst of LH turbulenceTriggered by whistlers
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DEMETER orbit
F-layerplasma velocity in depletion
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LH Emissions
Solitary Structures
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1- Bursts of electrostatic LH turbulence triggered by strong whistlers, High intensity, 104 µV2/m2.Hz at ωLH
Relaxation time ~ 10s
2- Evolve as solitary, monochromatic LH structures Large amplitude (~10 mV/m) wave packets, duration ~ 20 ms, Most often detected in localized density holes (ΔNi/Ni ~ -10% to -15%)
Interpretation
LH turbulence: scattering of whistler waves by pre-existing irregularities (e.g. Bell and Ngo, 1990)
LHSS as eigenmodes of cylindrical magnetic field aligned depletions (e.g. Schuck et al., 1998)
Lower Hybrid Emissions
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LH emissions and ion heating
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Super-thermal ion tails
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Ion Heating
1- Super-thermal ions detected in deep plasma depletions
- simultaneous with LH turbulence and solitary structures
- heavy ions O+, NO+
2- No heating of the core ion distribution
stays at constant moderate temperature ~ 1200°K
3- Development of a super-thermal ion tail
typical: Nhot/Ncold~1-5%, Thot ~ 1 to 3 eV (~ 10 to 30 Tcold)
Interpretation- Heating by LH solitary waves
- Mechanism? resonant interaction unlikely since VLH >>Vthi
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EQUATORIAL PLASMA BUBBLES
AND IONOSPHERIC OBSERVATIONS
BY DEMETER.
Summary of main observations
1- Deep plasma depletions (similar to SIBB, Kil et al., 2003) - consequence of the previous rise of the bottomside F-layer - downward plasma motion and bifurcation
2- ELF EM waves - Magnetospheric Line Radiations - trapped/ducted in deep and large depletions
3- LH turbulence and LHSS - LH turbulence due to scattering of high amplitude whistlers by irregularities - LHSS as eigenmode of magnetic-field aligned small scale irregularities
4- Ion Tail Heating - Interaction with LHSS, but mechanism TBD.