Analysis of energetic ion behavior and of ion-wave interaction in front of the Earth's bow shock  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
78674
Type PD
Principal investigator Kis, Árpád
Title in Hungarian Energizált ionok viselkedésének és az ion-hullám kölcsönhatásnak a vizsgálata a földi lökéshullám előtti térségben
Title in English Analysis of energetic ion behavior and of ion-wave interaction in front of the Earth's bow shock
Keywords in Hungarian lökéshullám, ion-hullám kölcsönhatás, energizált ionok, diffúziós folyamat
Keywords in English bow shock, ion-wave interaction, energetic ions, diffusive process
Discipline
Geophysics, Physics of the Lithosphere, Seizmology (Council of Complex Environmental Sciences)50 %
Ortelius classification: Geophysics
Physics (Council of Physical Sciences)50 %
Ortelius classification: Plasma physics
Panel Earth sciences 1
Department or equivalent Geodetic and Geophysical Institute (Research Centre for Astronomy and Earth Sciences)
Starting date 2009-04-01
Closing date 2014-09-30
Funding (in million HUF) 4.482
FTE (full time equivalent) 5.25
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatási terv négy nagyobb részből áll, amelyben az energizált ionok földi lökéshullám előtti viselkedésének fontos aspektusai lesznek részletesen megvizsgálva. A vizsgálat többpontos, egyidejű műholdas mérések adatainak felhasználásával kerül elvégzésre.
A célok röviden:

1. az energizált ionok diffúz transzportja jellegzetességeinek vizsgálata különböző napszél paraméterek idején.
2. a diffúziós koefficiensek meghatározása (különböző energiaszinteken) és összehasonlítása különböző napszélparaméterek esetén
3. a részecske-hullám kölcsönhatás részletes vizsgálata a lökéshullámtól való távolság függvényében
4. az földi lökéshullámnál történő iongyorsítás hatékonyságának vizsgálata a geometriai faktor, vagyis a thetaBn függvényében (ahol a thetaBn a lökéshullám felületének normálisa és a mágneses tér által bezárt szög)

Az Cluster műholdak által végzett egyidejű mérések először nyújtanak alkalmat arra, hogy a plazmaparaméterek térbeli változását egyértelműen megkülönböztethessük azok időbeni fejlődésétől. A mágneses mező fluktuációinak vizsgálata és részecske adatok együttesen olyan vizsgálatot tesznek lehetővé, amely által mélyebben megismerhetővé és megmagyararázhatóvá válik az iongyorsítás és ion-injektálás folyamata a földi lökéshullám kvázi-párhuzamos oldalán. Mivel a földi lökéshullám az egyetlen olyan laboratórium, ahol helyben végzett mérésekkel tanulmányozhatók az alapvető fizikai folyamatok, az eredmények abban is segítségünkre lesznek, hogy olyan távoli helyeken lejátszódó folyamatokat is megmagyarázhassunk, amelyek az ember számára elérhetetlenek (pl. szupernova robbanás helyszíne).
Summary
The research project consist of four large parts, in which four essential aspects of the energetic ion behavior in front of the Earth's bow shock is planned to be analyzed and investigated based on simultaneous multipoint spacecraft measurements.
1. determination of the characteristics of energetic ion diffusive transport under different solar wind conditions
2. the determination and comparison of the diffusion coefficients at various upstream ion energies under different solar wind conditions
3. the detailed analysis of the wave-particle coupling process as a function of the distance from the bow shock
4. the effectiveness of ion injection and acceleration at the bow shock as a function of the geometric factor (i.e., the value of the local thetaBn(i.e. the angle between the bow shock surface normal and the interplanetary magnetic field vector)
The multipoint spacecraft mesurements by the Cluster mission provides us for the first time the unique opportunity to separate the spatial variations of the plasma parameters from the temporal ones.
The combined data set of magnetic field fluctuations and particle data should provide new insights into the physical process of injection and acceleration at the quasi-parallel bow shock. Since the Earth's bow shock is the only natural laboratory where we are able to study in detail on location (i.e., in situ) the basic physical processes, the results not only would widen our knowledge about the space plasma physics, but also it would help to understand the ongoing processes at distant locations unreachable to mankind, like supernovae explosions.
For this study all the data is available through the CAA (Cluster Active Archive), where all data recorded by the Cluster spacecraft is stored (and continuously updated) and can be used by the scientific community.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kutatás témája egy univerzális, természetes részecskegyorsítási folyamat, az ún. elsőrendű Fermi gyorsítás, amely a legoptimálisabban a földi környezetben tanulmányozható műholdas mérések segítségével. Vizsgálatomhoz elsősorban a Cluster műholdak (ESA) adatait használtam fel. A kutatás eredményei lefedik a gyorsítási mechanizmus minden fontos részletét és új ismeretekkel szolgálnak a folyamat teljesebb megértéséhez. Az eredményeket rangos nemzetközi szaklapokban ismertettem, és további cikkek vannak előkészületben. Az eredmények technológiai alkalmazása várhatóan a közeljövőben elkezdődik.
Results in English
The topic of the research program is a universal and natural particle acceleration process, the so-called first order Fermi acceleration. This process can be studied in an optimal way in the vicinity of the Earth by using spacecraft data. For the study I mainly used the data provided by the Cluster (ESA mission) spacecraft. The results of the project cover all the main conditions and details of the acceleration mechanism and provide new insight for understanding the process more deeply. The results were published in important international journals and more articles are prepared for further publications. The technological application of the results is expected to start in the near future.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=78674
Decision
Yes





 

List of publications

  
Arpad Kis, Manfred Scholer, Berndt Klecker, Iannis S Dandouras: Diffuse Ion Spatial Profiles Along the Magnetic Field Line and Along the Bow Shock Normal: a Comparative Study at the Earth's Quasi-Parallel Bow Shock, San Francisco: American Geophysical Union, Paper SH21A-2517., 2016
S Matsukiyo, K Nakanishi, F Otsuka, A Kis, I Lemperger, T Hada: Effect of field-alignedbeam in parallel diffusion of energetic particles in the Earth’s foreshock, In: AGU Fall meeting. Konferencia helye, ideje: San Francisco, Amerikai Egyesült Államok, 2016.12.12-2016.12.16. (American Geophysical Union) San Francisco: American Geop, 2016
Arpad Kis, Manfred Scholer, Berndt Klecker, Iannis Dandouras: Diffuse ion scattering along the quasi-parallel bow shock normal, In: Dynamical Processes in Space Plasmas. Konferencia helye, ideje: Ein-Bokek, Izrael, 2016.04.03-2016.04.10. Paper 2/3., 2016
G Facskó, A Opitz, B Lavraud, J G Luhmann, C T Russell, J-A Sauvaud, A Fedorov, A Kis, V. Wesztergom: Hot flow anomaly remnant in the far geotail?, JOURNAL OF ATMOSPHERIC AND SOLAR-TERRESTRIAL PHYSICS 124: pp. 39-43. (2015), 2015
Árpád Kis, Viktor Wesztergom, Veronika Barta, Dóra Bán, László Bányai, József Bór, Dávid Koronczay, István Lemperger, János Lichtenberger, Tamás Nagy, Attila Novák, Sándor Szalai, Judit Szendrői, Eszter Szűcs: ENERGETIC IONS AND RELATED PHYSICAL PROCESSES AT EARTH'S BOW SHOCK - ION ACCELERATION AT THE EARTH'S QUASI-PARALLEL BOW SHOCK – IAGA DIVISION 4. SOLAR WIND AND INTERPLANETARY FIELD, GEOMATIKAI KÖZLEMÉNYEK 18:(1) pp. 83-84. (2015), 2015
A Kis, M Scholer, B Klecker, E A Lucek, I Dandouras, I Lemperger, V Wesztergom: DIFFUSIVE SCATTERING AND WAVE-PARTICLE COUPLING IN FRONT OF THE EARTH’S QUASI-PARALLEL BOW SHOCK, In: Dynamical Processes in Space Plasmas. Konferencia helye, ideje: Beerse, Izrael, 2014.03.16-2014.03.22. Paper x. 1 p., 2014
A Kis, M Scholer, B Klecker, V Krasnosselskikh, O Agapitov, E Kronberg, P Daly, E A Lucek, I Dandouras, I Lemperger, V Wesztergom: ION ACCELERATION IN FRONT OF THE EARTH’S PARALLEL BOW SHOCK: NEW RESULTS AND OPEN QUESTIONS, In: Dynamical Processes in Space Plasmas. Konferencia helye, ideje: Beerse, Izrael, 2014.03.16-2014.03.22.p. 1.. 1 p., 2014
A Kis, M Scholer, B Klecker, O Agapitov, V Krasnosselskikh, E Kronberg, P Daly, I Dandouras, I Lemperger, V Wesztergom, A Novak: Ion acceleration at the Earth’s parallel bow shock: what can we learn from Cluster?, In: Geospace Revisited: A Cluster/MAARBLE/Van Allen Probes Conference, Rhodes. Konferencia helye, ideje: Rodos, Görögország, 2014.09.15-2014.09.20.p. 144. 178 p., 2014
A. Kis, M. Scholer, B. Klecker, E.A. Lucek, H. Reme: Diffuse Ion e-folding Distance and Diffusion Coefficient Dependence on Different Solar Wind Plasma Conditions: New Results, IAGA 2009 Scientific Assembly, Sopron, Hungary, Abstract Book, oral presentation, 2009
Arpad Kis, Manfred Scholer, Berndt Klecker, Elisabeth Lucek, and Henry Reme: Diffusion Coefficient Values Obtained at Individual Diffuse Ion Events Based on Cluster Observations: What Do We Know About the Physical Process?, EGU 2010 General Assembly, Wien, Austria, poster presentation, 2010
Arpad Kis: : Scattering and Acceleration of Ions at the Earth's Quasi-Parallel Shock: Cluster Results, Invited talk, IWF Graz, Austria, 2009, 2009
Kis Árpád: A földi párhuzamos lökéshullám előtti térségben lejátszódó iongyorsítási és ionszórási folyamatok vizsgálata a Cluster misszió adatai alapján, Ionoszféra-és Magnetoszférafizikai Szeminárium (IMSZ), Baja, 2010, 2010
Kis Árpád: A Cluster műhold misszió, mint a Föld plazmakörnyezetének háromdimenziós tomográfja, HUNGEO Konferencia, Szombathely, 2010, 2010
A. Kis, M. Scholer, B. Klecker, E. A. Lucek, H. Rème, V. Wesztergom, I. Lemperger: Influence of the Fiels Aligned Beam on the Scattering of Diffuse Ions at the Earth’s Parallel Bow Shock, 19th Cluster Workshop, Poiana Brasov, Romania, 2010, 2010
Arpad Kis, Manfred Scholer, Berndt Klecker, Elizabeth A. Lucek, Henri Reme, Istvan Lemperger, Viktor Wesztergom: Diffuse Ion Scattering in front of the Earth's Quasi-Parallel Bow Schock: What Can We Learn from Cluster Simultaneous Multipoint Observations?, AGU Fall Meeting, San Francisco, USA, 2010, december 13-17, 2010
Arpad Kis, Oleksiy Agapitov, Vladimir Krasnoselskikh, Yuri V. Khotyaintsev, Iannis Dandouras, Istvan Lemperger, Viktor Wesztergom: Gyro-Surfi ng Acceleration of Ions in Front of the Earth's Quasi-Parallel Bow Shock, Astrophysical Journal, 2013
A. Kis, O. Agapitov, V. Krasnoselskikh, I. Dandouras, and E. A. Lucek: Ion acceleration by electro-magnetic plasma waves in the vicinity of SLAMS boundary observed in the front of the Earth’s quasi-parallel bow shock, GEOPHYSICAL RESEARCH ABSTRACTS, 2012EGUGA..1412285K, 2012
Agapitov, Oleksiy; Kis, Arpad; Krasnoselskikh, Vladmir: Ions Gyroresonant Surfing Acceleration by Alfven Waves in the Vicinity of SLAMS Boundary, 39th COSPAR Scientific Assembly. Held 14-22 July 2012, in Mysore, India. Abstract D3.1-25-12, p.15, 2012
Kis A, Scholer M, Klecker B, Lucek EA, Dandouras IS, Lemperger I, Wesztergom V, Pracser E: Magnetic Waves and Diffuse Ions in front of the Earth's Quasi-Parallel Bow Shock observed by Cluster: Theory and Observations, AGU Fall Meeting, San Francisco, California. 2011AGUFMSM23A2036K, 2011
Kis A, Scholer M, Klecker B, Lucek EA, Dandouras J, Wesztergom V, Lemperger I: Wave-particle coupling in the Earth's foreshock: how well are the observations predicted by the theory?:, Cluster Workshop 2011, Belgium., 2011
László Szarka, Gabriella Sátori, Károly Kis, Géza Wittmann, Patric T Taylor, Antal Ádám, Attila Novák, Mihály Dobróka, Ákos Gyulai, Ernő Takacs, András Madarasi, Emő Márton, Péter Márton, Erzsébet Illés-Almár, Pál Bencze, István Lemperger, Tamás Nagy, Judit Szendrői, József Bór, Veronika Barta, Ferenc Märcz, Csaba Ferencz, János Lichtenberger, Péter Steinbach, Orsolya E Ferencz, Dániel Hamar, G Matyi, Károly Szegő, Gábor Facskó, Mariella Tátrallyay, Zsófia Bebesi, Antal Juhász, Zoltán Németh, Bertalan Zieger, Géza Erdős, Károly Kecskeméty, Péter Király, B Heilig, G Vadász, Péter Kovács, András Ludmány, A Csontos, L Hegymegi, L Merényi, A Koppán, Árpád Kis, Viktor Wesztergom: Hungarian national report on IAGA 2007-2010., ACTA GEODAETICA ET GEOPHYSICA HUNGARICA 46:(2) pp. 158-214. (2011), 2011



Back »