L’ionosphère aux basses et moyennes latitudes: Observations DEMETER

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1 L’ionosphère aux basses et moyennes latitudes: Observations DEMETER
Réunion ANR IODISSEE TOULOUSE Janvier L’ionosphère aux basses et moyennes latitudes: Observations DEMETER M. Malingre1, J.J. Berthelier2 1 Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP), Saint-Maur 2 Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Saint-Maur

2 Plan Instabilities of the nightside equatoriel ionosphere
Response of the nightside equatorial ionosphere to strong magnetic storms. Equatorial plasma bubbles. Plasma blobs (density enhancements).

3 L’ionosphère équatoriale (secteur 19-23 h TL)
Couplage atmosphère neutre- plasma ionosphérique Fort gradient de densité (18-20h TL) Champ Bo horizontal Perturbations de l’atmosphère neutre (ondes de gravité, …) Développement d’instabilités (Rayleigh-Taylor,...) Formation d’irrégularités de densité du plasma ionosphérique avec un spectre très large (~1 m -100 km) Effet sur la propagation des ondes radio-électriques HF et UHF → perturbations des communications dans ces bandes de fréquence et dans le fonctionnement des systèmes utilisant les liaisons GPS.

4 Rayleigh-Taylor instability plasma bubbles
(Kelley, The Earth’s ionosphere, 1989)

5 Linear growth rate of the generalized Rayleigh –Taylor instability
z (along Bo) eastward E gravity neutral wind y eastward x (upward) conditions for instability g // - grad n (Eo +UnxB) x B // grad n

6 L’ionosphère équatoriale (secteur 19-23 h TL)
durant les orages magnétiques Pénétration du champ E d’origine magnétosphérique durant la phase initiale de l’orage Développement de l’instabilité de Rayleigh-Taylor Formation de bulles de plasma km en direction est-ouest km le long de Bo Eest x Bo → remontée du maximum de la région F à des altitudes qui peuvent atteindre 1000 km Grandes structures obervées par Demeter où la densité du plasma est inférieure de ~ 2 à 3 ordres de grandeur à celle du plasma ambiant

7 The magnetic storms of November 7-12, 2004
Large-scale plasma density depletions only observed during the initial and main phases of magnetic storms. Voir transparents de J.J. Berthelier pour données ondes durant ces orages

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9 Equatorial plasma density depletions observed during
strong magnetic storms Interpreted either as: - Signature of a severe uplift of the bottom-side ionosphere above the DEMETER altitude due to the prompt low-latitude penetration of large magnetospheric eastward E ; - or crossing of plasma bubbles. Storm-phase dependence: Suppression during the recovery phase due to long-lasting ionospheric disturbance dynamo westward E associated with storm-time neutral winds driven by Joule heating of the auroral ionosphere/thermosphere.

10 Equatorial plasma bubbles during magnetically quiet times
Magnetically quiet period: Kp=1+

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13 = k.Vs (Doppler) →spectre en k des irrégularités
Pour f=100 Hz L~70 m en direction parallèle et 7 m en direction perpendiculaire

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15 Plasma blobs

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18 Conclusions Existence d’une turbulence électrostatique dans la bande Hz associées aux plasma bubbles et plasma blobs w = k.Vs (Doppler) → échelles spatiales des irrégularités de densité Demeter → composition du plasma: O+,H+,He+, NO+ Influence de l’activité solaire (IMF B, E), orages magnétiques Perturbations de Eiono →effets sur le développement des irrégularités -dE lié à la dynamo vent solaire/magnétosphère (phase de croissance de l’orage) -dE lié à la perturbation de la dynamo ionosphérique (phase de recouvrement de l’orage) Importance d’un modèle de Eiono pour le transport des ions