A comparative study of reconnection

X-line predictions on dayside magnetopause of Earth

Ramiz A. Qudsi,   Brian Walsh, J. Broll

Boston University,   Los Alamos National Lab

*(qudsira@bu.edu)

(https://qudsiramiz.github.io)

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Outline:

  • Magnetic Reconnection and x-line
  • Location of x-line
    • Different models
  • Data
  • Results
  • Discussions

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The BASICS

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Source: NASA

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[Broll et al., 2017]

Source: wikipedia

Magnetic Reconnection

Why Magnetic Reconnection?

Gotta work on something!

Why not?

Ubiquitous nature of reconnection

Energy dynamics

Dynamo effect

Region of interest:

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Location of x-line

Local field bisection [Moore et al., 2002]

Maximum exhaust speed  [Swisdak and Drake, 2007]

Maximum magnetic shear [Trattner et al., 2007]

Maximum reconnecting field energy [Hesse et al., 2013]

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Magnetic shear:

\cos(\theta) = \left(\textbf{B}_{\rm sh} \cdot \textbf{B}_{\rm msp}\right)/ \left(|\textbf{B}_{\rm sh}| |\textbf{B}_{\rm msp}|\right)
B_{\rm rec} = |\textbf{B}_{\rm msp} \cdot \textbf{i}_{\rm xn}|

Local field bisection:

Reconnection field energy:

E \propto \left(B_{\rm sh}^2 \times B_{\rm msp}^2\right)

Exhaust speed:

V_{\rm A} = \left[\frac{B_{\rm sh} B_{\rm msp} \left(B_{\rm sh} + B_{\rm msp}\right)}{\left(n_{\rm p,msp}B_{\rm sh} + n_{\rm p,sh}B_{\rm msp}\right)} \right]^{1/2}

sh: magnetosheath

msp: magnetosphere

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DATA

Data:

Solar

Wind

T-96 and IGRF Model

OMNI

Cooling-2001 Model

Magnetosheath

Magnetopause

Shue-1998 Model

Data

Solar Wind data: OMNI (propagated to the magnetopause)

Observational data: MMS (FPI and FGM)

Magnetospheric magnetic field: Models (T96 or T05 and IGRF)

Magnetosheath magnetic field: Models (Cooling model)

x

z

y

GSM coordinate system

Magnetopause stand-off point: Models (Shue Model)

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Magnetosheath

Magnetosphere

[Broll et al., 2017]

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RESULTS

The maximum shear model

The maximum exhaust velocity model

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DISCUSSIONS

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Discussions:

Most model fail when the z-component of magnetic field is positive. Though reconnection energy model seem to perform better than other 3.

The spread in the histogram of shear model appear to be maximum.

Need a lot more reconnection events for a better understanding.

As expected, different models predict different location of x-lines for the same dataset.

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If Paul asks his question:

  • Both earth and the sun are kind of like magnets and thus have magnetic fields around them.

 

  • These collide in space and a lot of energy is released.

 

  • Several model predict where that process happens.

 

  • We are trying to find out which is the most accurate model most of the time and which one is most accurate only sometimes (under specific conditions).