High-speed jets and related phenomena at Earth's bow shock and magnetosheath [Elektronisk resurs]

• Magnetosheath high-speed jets are transient and localized dynamic pressure enhancements downstream of Earth’s bow shock. Their formation has been associated with several mechanisms, including solar transient events and the dynamical evolution of the bow shock. After their formation, jets interact with the background magnetosheath population, exciting various waves and accelerating particles. When they reach the magnetosphere, they can penetrate the magnetopause, drive surface waves, and cause magnetopause reconnection. Their effects to the inner geospace environment can be seen through substorm activity and ground magnetometer measurements. In this thesis, a series of papers on the formation, evolution and statistical properties of jets is presented. Most of the work is done using NASA’s Magnetosphere Multiscale (MMS) mission, while other missions like THEMIS and upstream solar wind monitors (e.g., ACE and Wind) are also used. For our analysis, we also make complementary use of neural networks and computer simulations. Our investigation initially showed the importance of classifying jets based on the shock orientation and interplanetary magnetic field (IMF), resulting in an open-access database of magnetosheath jets using MMS. This dataset was then used to derive statistical properties for each class of magnetosheath jets (Paper I). The jets were also classified using neural networks (Paper II), while a comparison between their statistical properties and computer simulated jets was performed (Paper III). Another aspect we investigated through multi-point measurements is the excitation of waves due to the interaction of jets with the magnetosheath (Paper IV). We then focused on the formation and evolution of jets close to the Earth’s bow shock. We showed direct in-situ evidence that shock reformation and the evolution of upstream waves can generate downstream high-speed jets (Paper V). By evaluating the properties of jets on a kinetic level, we demonstrated that jets exhibit complex velocity distribution functions (VDFs) throughout their lifetime. Deriving partial plasma moments to isolate the jet from the background population, we revealed the limitations of studying these phenomena from a single-fluid perspective and how the derived partial plasma moments are related to the upstream solar wind and its foreshock structures (Paper VI). 
• Plasmajetar i magnetoskiktet är transienta och lokaliserade förhöjningar av det dynamiska trycket nedströms om jordens bogchock. Flera olika generationsmekanismer har föreslagits, t ex transienta strukturer i solvinden eller dynamisk omformning av bogchocken. Efter att de har genererats vid bogchocken växelverkar de med bakgrundsplasmat i magnetoskiktet, där de exciterar plasmavågor och accelererar partiklar. När de når magnetopausen kan de korsa den, driva ytvågor, eller initiera magnetisk omkoppling. Plasmajetars effekt på rymdmiljön nära Jorden manifesterar sig genom substormar och markbaserade mätningar av jordens magnetfält. Denna avhandling innehåller att antal artiklar om genereringen, utvecklingen och de statistiska egenskaperna hos plasmajetar. Huvuddelen av arbetet är baserad på mätningar från NASAs MMS-satelliter, tillsammans med kompletterande data från andra satellitmissioner, som THEMIS och solavindsmonitorer (t ex  ACE och Wind). För dataanalysen använder vi också neurala nätverk och plasmasimuleringar. Våra första resultat visade på vikten av att klassificera jetar baserat på relationen mellan bogchockens orientering och riktningen på det interplanetära magnetfältet. Denna klassificering resulterade i en offentligt tillgänglig databas, innehållande MMS-observationer av plasmajetar. Detta dataset användes för att bestämma jetarnas statistiska egenskaper för de olika klasserna (Artikel I), vilket följdes upp med en klassificering baserade på neurala nätverk (Artikel II), vilket jämfördes med plasmasimuleringar (Artikel III). En ytterligare egenskap hos plasmajetar, excitation av plasmavågor, undersöktes med flerpunktsmätningar (Artikel IV). Därefter fokuserade vi på genereringen och evolutionen av jetar nära jordens bogchock. Vi visar att direkta in situ -mätningar tyder på att dynamisk omformning av bogchocken och vågor uppströms om den kan generera plasmajetar i magnetoskiktet (Artikel V). Genom att studera jetars plasmakinetiska egenskaper visar vi också att deras distributionsfunktioner uppvisat ett komplext beteende under jetarnas livstid. Beräkningar av partiella plasmamoment för att isolera jetarna från bakgrundsplasmat visar på begränsningarna i att betrakta dessa fenomen som en enkel fluid, och hur momenten är relaterade till solvinden uppströms om bogchocken (Artikel VI). 

Ämnesord

Natural Sciences  (hsv)

Physical Sciences  (hsv)

Fusion, Plasma and Space Physics  (hsv)

Naturvetenskap  (hsv)

Fysik  (hsv)

Fusion, plasma och rymdfysik  (hsv)

Physics  (kth)

Fysik  (kth)

Genre

government publication  (marcgt)

Indexterm och SAB-rubrik

magnetosheath

solar wind

bow shock

plasma

collisionless shock