Small Scale Field Aligned Currents: GFZ

Kleinskalige, feldparallele Ströme

Feldparallele Ströme (in Englisch 'Field-aligned currents': FACs) der Polarlichtzonen werden über einen recht grossen Bereich an Längenskalen beobachtet, wobei Wellenlängen von 1km bis zu 100km vorkommen, mit einer wichtigen Eigenschaft: je kleiner die Wellenlänge, desto grösser die Stromdichte. (siehe Ritter et al. 2006).

Kleinskalige FACs sind eingebettet in die weiträmigen Region-1- und Region-2-Stromsysteme, aber auch Teil derjenigen der Cusp und der Polarkappen.

Nach der ersten Entdeckung der FACs durch Instrumente an Bord der DE und Viking Satelliten wurde die Bedeutung für die Plasmadynamik offenbar, wiewohl es zu dieser Zeit nicht möglich war, diese hohen Ströme bei kleinen Skalen zu sehen. Mit der Zeit wurde die Auflösung durch Sounding Experimente auf Raketen und den Akebono-Satelliten zuerst auf einige 10km reduziert, schliesslich konnte diese mit den Satelliten Freja, Ørsted und CHAMP auf nur einige hundert Meter verfeinert werden. Die höchsten Stromdichten wurden in der Umgebung der Cusp beobachtet.

Ausbruchartige Ereignisse sehr starker FACs finden sich in den Beobachtungen von CHAMP häufig bei Durchgängen der Polarlichtregionen. Seltene, extreme Fälle können 3mA/m² überschreiten, typische Skalenlänge ist etwa ein Kilometer.

Der in niedriger Umlaufbahn über die Pole fliegende Satellit CHAMP beobachtete FACs bis zu Skalen hinunter zu 100m, wozu er Magnetfeldvektoren mit 50Hz Abtastrate verwenden kann. Die stärksten Ereignisse sind in der Cusp/Cleft Region zu verzeichnen, deutlich weniger finden sich auf der Nachtseite.

Abbildung 1: Magnetische Breite der kleinskaligen FAC-Ereignisse als Funktion der magnetischen Lokalzeit für verschiedene Signalstäkengrenzwerte.

Die Ausdehnung der betroffenen Region ist typischweise 15°-20° Breitengrade. Während zum einen die Intensität mit dem Index der magnetischen Aktivität Kp korreliert, wurde kein signifikanter Zusammenhang mit der Sonnenfleckenzahl, mit dem F10.7 Index (Solar Flux) oder dem Sonnen-zenitwinkel beobachtet. Die magnetische Breite, an dem die Ereignisse sich konzentrieren, dehnt sich bei zunehmendem Kp-Index nach Süden aus. Dieser Trend deckt sich gut mit der bekannten Ausdehnung des Nordlichtovals während erhöhter magnetischer Aktivität.

Kleinskalige FACs kommen generell zusammen mit grossräumigen FAC Strukturen vor, typischerweise in Verbindung mit Region-1 Strömen.

Abbildung 2: Gemittelte Breitenprofile kleinskaliger FACs (obere Rahmen jedes Teilbildes) werden hier verglichen mit den normalen, assoziierten FACs, allerdings einmal (mittlere Rahmen) unter Beruecksichtigung der Stromrichtung (positiv fuer aufwärts gerichtete) und zum anderen ohne (untere Rahmen), da nur die Amplituden gestapelt werden.