Study of the interaction between the solar wind and the Earth magnetosphere: Theoretical model and application on the data of the Halloween event of October 2003

Etude de l'interactionentre le vent solaire et la magnetosphere de la Terre: Modele theorique et Application sur l'analyse de donnees de l'evenement du Halloween d'octobre 2003

Suleiman Baraka (1)

1 IAP - Institut d'Astrophysique de Paris

new approach, using a 3D electromagnetic particle-in-cell (PIC) code, is presented to study the sensitivity of the Earth's magnetosphere to the variability of the solar wind bulk velocity. Starting with a solar wind impinging upon a magnetized Earth, time was let to the system so a steady state structure of the magnetosphere was attained. Then an impulsive disturbance was applied to the system by changing the bulk velocity of the solar wind to simulate a depression in the solar wind dynamic pressure, for zero, southward and northward interplanetary magnetic field (IMF). As a result of the applied disturbance, an air pocket effect that could be described as a ~15 Re wide gap is formed for all cases of IMF condition. As soon as the gap hit the initial bow shock of the steady magnetosphere, a reconnection between the Earth's magnetic field and the southward IMF was noticed at the dayside magnetopause (MP). During the expansion phase of the system, the outer boundary of the dayside magnetopause broke up in the absence of the IMF, yet it sustained its bullet shape when a southward and a northern IMF were included. The time relaxation of the MP for the three IMF cases was studied. The code is then applied to study the Halloween event of October 2003. Our simulation produced a new kind of air pocket, a rarefied space that was generated following a strong gradient in the impinging IMF. Such a feature is quite similar to observed hot flow anomalies and may have the same origin.

Une nouvelle approche, en utilisant un 3D code électromagnétique (PIC), est présentée pour étudier la sensibilité de la magnétosphère de la terre à la variabilité du vent solaire. Commençant par un vent solaire empiétant sur une terre magnétisée, le temps a été laissé au système ainsi une structure d'état d'équilibre de la magnétosphère a été atteinte. Une perturbation impulsive a été appliquée au système par changeant la vitesse du vent solaire pour simuler une dépression en sa pression dynamique, pour zéro, au sud et du nord du champ magnétique interplanétaire(IMF). La perturbation appliquée, un effet de trou d'air qui pourrait être décrit comme espace ~15Re est formé pour tous les cas d'état de IMF. Dès que le trou d'air a frappé le choc d'arc initial de la magnétosphère régulière, une reconnexion entre le champ magnétique de la terre et le IMF sud a été notée à la coté jour magnétopause(MP). Pendant la phase d'expansion du système, la frontière externe de la coté jour du MP a enfoncé quand IMF=0, et pourtant elle sa forme de balle quand un IMF au sud et nordique étaient inclus. La relaxation de temps du MP pour les trois cas de IMF a été étudiée. Le code est alors appliqué pour étudier l'événement d'Halloween de l'octobre 2003. Notre simulation a produit un nouveau genre de trou d'air, un espace raréfié qui a été produit après un gradient fort en IMF d'empiétement. Un tel dispositif est tout à fait semblable aux anomalies chaudes observées d'écoulement et peut avoir la même origine

Mots clés: dayside magnetopause; Air pocket effect; Earth magnetosphere; Solar Wind; Reconnection

Mots clés: cote jour de la magnetopause; trou d'air; magnetosphere de la Terre; le vent solaire; reconnexion; Particle-in-Cell code (PIC); bow shock

Domaines: Astrophysique [astro-ph]

Suleiman Baraka. Study of the interaction between the solar wind and the Earth magnetosphere: Theoretical model and application on the data of the Halloween event of October 2003. Astrophysics [astro-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI; Institut d'Astrophysique de Paris-IAP, UPMC-CNRS, 2007. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00138416⟩