Distribuições anômalas de elétrons aurorais devido a um feixe de íons artificial na ionosfera

Relatamos os resultados de um experimento ativo no qual a ionosfera auroral foi perturbada pela operação de uma pistola de íons, que injetou aproximadamente 100 mA de íons Ar + a 25 eV em ângulos de inclinação ascendentes sobre um arco auroral discreto. A pistola foi operada durante cinco períodos na descida do voo enquanto a carga útil descia de 220 km para 120 km de altitude ao longo das linhas de campo magnético local. Uma breve (< 100 ms) excursão de potencial negativo da carga útil foi observada no início de cada operação da pistola, seguida por condições quase-estacionárias durante o restante de cada período. Os principais efeitos estacionários foram (1) a excitação de flutuações intensas de campo elétrico em banda larga, particularmente em baixas frequências de 0-10 kHz, e (2) a aparição de aquecimento em streaming e isotrópico em diferentes partes do espaço de velocidade dos elétrons supertermais. Exploramos um cenário que apela a esse espectro de ondas como um obstáculo para a corrente paralela auroral e prevê esse tipo de comportamento elétron. As ondas são vistas como armadilhas para os elétrons térmicos e dispersores dos elétrons mais rápidos. Nesse cenário, espera-se um runaway ou streaming de elétrons entre a velocidade de captura e a velocidade crítica para interações de ciclotron com as ondas. Esses elétrons em streaming transportam a corrente que seria transportada por elétrons térmicos ou energéticos na ausência das ondas. Espera-se aquecimento isotrópico próximo à velocidade crítica onde ocorre ressonância de Doppler e é encontrado próximo a 12000 km/s (∼50 υ te , onde υ te é a velocidade térmica do elétron). Pode-se inferir que as ondas são excitadas principalmente em comprimentos de onda de vários metros ou mais longos. Uma corrente de ∼1 µA m −2 é transportada pelos elétrons em streaming. Considerações energéticas sugerem que os elétrons aquecidos derivam sua energia de uma fonte externa, ao invés do próprio feixe de íons; o gerador auroral parece ser mais do que adequado. Os elétrons associados à pistola eram anômalos no sentido de que sua anisotropia era oposta à observada na aurora natural, onde os elétrons são isotrópicos a baixa energia e frequentemente alinhados ao campo em energias mais altas.