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Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère . Berthelier, T. Onishi, X. Wang*, E. Seran (LATMOS), M. Malingre (L * Maintenant à OCA Atelier Pôle Système Solaire IPSL, Avril 2013

Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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Mission DEMETER Quelques 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. DEMETER. Plan 1- DEMETER: objectifs et charge utile scientifiques - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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

Page 2: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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

Page 3: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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

Page 4: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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

Page 5: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

DEMETEROrbites et zones de mode Burst

Page 6: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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

Page 7: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

DEMETERPerturbations ionosphériques associées aux émetteurs VLF

Page 8: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

DEMETEREffets des émetteurs VLF sur les ceintures de radiation

Page 9: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

DEMETEREclipse 29 Mars 2006

Effets dans l’ionosphère supérieure

Page 10: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

DEMETEREclipse 29 Mars 2006

Effets dans l’ionosphère supérieure

Observations DEMETER Modélisation SAMI2

Page 11: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

DEMETERMSTID et ondes de gravité

Page 12: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

Data comparison at the same conjugate points of different altitudes (300km and 660km)

Page 13: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

DEMETERPropagation des perturbations dans l’ionosphère supérieure

F-peak 300kmF-peak 300km

DEMETER 660kmDEMETER 660km

Ionosphèrecollisionnelle

Ionosphèrenon collisionnelle

≤ 400 km

Page 14: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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.

Page 15: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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

Page 16: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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

Page 17: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

The Magnetic Storm of November 7 to 10, 2004

Orbits with plasma depletions

Page 18: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère
Page 19: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère
Page 20: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère
Page 21: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

Nigh-time Orbit 1903

Equatorial Plasma depletion

and Plasma waves

Electrostatic Turbulence at boundaries

Continuous ELF EM emissions

Burst of LH turbulenceTriggered by whistlers

Page 22: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère
Page 23: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

DEMETER orbit

F-layerplasma velocity in depletion

Page 24: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère
Page 25: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère
Page 26: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

LH Emissions

Solitary Structures

Page 27: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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

Page 28: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

LH emissions and ion heating

Page 29: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

Super-thermal ion tails

Page 30: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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

Page 31: Mission DEMETER Quelques résultats sur l’ionosphère

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.