Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67256110.31857/S0023420623600083BZJNFSArticlesСтатьиUnknownThe Influence of Field-Aligned Currents on Electron Density in the Ionosphere: Combined Observations of SWARM Satellites and ESR RadarВлияние продольных токов на электронную концентрацию в ионосфере: сопряженные наблюдения спутников SWARM и радара ESRLukianovaR. Yu.ЛукьяноваР. Ю.renata@aari.ruSpace Research Institute, 105064, Moscow, RussiaИнститут космических исследований РАН0111202361646647527022025Copyright ©; 2023, Р.Ю. ЛукьяноваCopyright ©; 2023, Р.Ю. Лукьянова2023Р.Ю. ЛукьяноваР.Ю. Лукьяноваhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672561

The results are presented of combined measurements by the SWARM spacecraft (SC) and European incoherent scatter radar on Svalbard for two events of simultaneous observations: in the nighttime ionosphere during substorm activation on January 9, 2014, and in the daytime ionosphere under quiet conditions on February 5, 2017. Onboard magnetometers of the SWARM SC provide measurements of field-aligned current density over the ionosphere. The radar, which is under the flyby trajectory at this time, measures the vertical distribution of the electron density (Ne). Experiments have shown that, under disturbed nighttime conditions, at the location of the field-aligned current flowing from the ionosphere, the plasma density increases throughout the entire slab of the ionosphere and the change in Ne is in agreement with theoretical estimates. In the daytime quiet ionosphere, Ne increases only in the F layer, but practically does not change in the E layer. The differences may be due to the fact that, in the first case, the carriers of the upward directed current are represented by the entire energy spectrum of auroral electrons of 1–10 keV, and in the second case only by the low-energy part.

Представлены результаты сопряженных измерений КА SWARM и европейского радара некогерентного рассеяния на Шпицбергене для двух событий одновременных наблюдений: в ночной ионосфере во время активации суббури 9.I.2014 и в дневной ионосфере в спокойных условиях 5.II.2017. Бортовые магнитометры КА SWARM обеспечивают измерения плотности продольных токов над ионосферой. Радар, находящийся в это время под траекторией пролета, измеряет вертикальное распределение электронной концентрации Ne. Эксперименты показали, что в ночных возмущенных условиях в месте вытекающего из ионосферы продольного тока плотность плазмы увеличивается по всей толще ионосферы, и изменение Ne находится в согласии с теоретическими оценками. В дневной спокойной ионосфере Ne увеличивается только в F-слое, но практически не изменяется в слое Е. Различия могут быть обусловлены тем, что в первом случае носители направленного вверх тока представлены всем энергетическим спектром авроральных электронов 1–10 кэВ, а во втором – только низкоэнергичной частью.

Iijima T., Potemra T.A. The amplitude distribution of field-aligned currents at northern high latitudes observed by Triad // J. Geophys. Res. 1976. V. 81. P. 2165–2174. https://doi.org/10.1029/JA081i013p02165Neubert T., Christiansen F. Small-scale, field-aligned currents at the top-side ionosphere // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30. Iss. 19. https://doi.org/10.1029/2003GL017808Lukianova R. Swarm field-aligned currents during a severe magnetic storm of September 2017 // Ann. Geophysicae. 2020. V. 38. P. 191–206. https://doi.org/10.5194/angeo-38-191-2020Marklund G. Auroral arc classification scheme based on the observed arc-associated electric field pattern // Planet. Space Sci. 1984. V. 32. P. 193–211.Aikio A.T., Lakkala T., Kozlovsky A., Williams P.J.S. Electric fields and currents of stable drifting auroral arcs in the evening sector // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. Iss. A12. https://doi.org/10.1029/2001JA009172Ляцкая А.М., Ляцкий В.Б., Мальцев Ю.П. Влияние продольных токов на профиль электронной концентрации // Геомагнетизм и аэрономия. 1978. Т. 8. № 2. С. 229–234.Деминов М.Г., Ким В.П., Хегай В.В. Влияние продольных токов на структуру ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1979. Т. 19. № 4. С. 743–745.Ляцкий В.Б., Мальцев Ю.П. Магнитосферно-ионосферное взаимодействие. М.: Наука, 1983. 192 с.Ritter P., Lühr H. Curl-B technique applied to Swarm constellation for determining field-aligned currents // Earth Planets Space. 2006. V. 58. P. 463–476. https://doi.org/10.1186/BF03351942Lehtinen M.S., Huuskonen A. General incoherent scatter analysis and GUISDAP // J. Atmos. Terr. Physics. 1996. V. 58. P. 438–452. https://doi.org/10.1016/0021-9169(95)00047-XAnderson B.J., Korth H., Waters C.L. et al. Development of large-scale Birkeland currents determined from the Active Magnetosphere and Planetary Electrodynamics Response Experiment // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41. P. 3017–3025. https://doi.org/10.1002/2014GL059941Лукьянова Р.Ю. Экстремальные продольные токи во время магнитных бурь 24-го солнечного цикла: март 2015 г. и сентябрь 2017 г. // Космические исследования. 2020. Т. 58. № 2. С. 89–102. https://doi.org/10.31857/S0023420620020077Le G., Slavin J.A., Strangeway R.J. Space Technology 5 observations of the imbalance of regions 1 and 2 feld-aligned currents and its implication to the cross-polar cap Pedersen currents // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. Art. ID. A07202. https://doi.org/10.1029/2009JA014979Sugino M., Fujii R., Nozawa S. et al. Field-aligned currents and ionospheric parameters deduced from EISCAT radar measurements in the post-midnight sector // Ann. Geophysicae. 2002. V. 20. P. 1335–1348. https://doi.org/10.5194/angeo-20-1335-2002Robinson R.M., Kaeppler S.R., Zanetti L. et al. Statistical relations between auroral electrical conductances and field-aligned currents at high latitudes // J. Geophys. Res.: Space Physics. 2020. V. 125. Art. ID. e2020JA028008. https://doi.org/10.1029/2020JA028008