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)

                                                                                                            1, *                                           1                          2

                                                              1                                               2

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Outline:

  • Region of interest
  • 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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Region of interest:

[Broll et al., 2017]

Source: wikipedia

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Location of x-line: Models

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

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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)

Magnetosheath 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

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Methodology

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Methodology

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  • Look at the instances when MMS observed a jet reversal while crossing the magnetopause.

Magnetosheath

Magnetosphere

[Broll et al., 2017]

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Methodology

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  • Look at the instances when MMS observed a jet reversal while crossing the magnetopause.
  • For the given parameters of IMF, Magnetosheath and Magnetosphere and Magnetopause find the predicted x-line locations.
  • Find the distance of x-line from MMS, along the magenosheath field, for different models.
  • Look at the statistical distribution of distances (histogram etc.) for different models.

RESULTS

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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 bisection model seems 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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Thank You!

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