CEDAR: Euler potentials for field-aligned and shell currents in the ionosphere
CEDAR:电离层中场对准和壳电流的欧拉势
基本信息
- 批准号:2230363
- 负责人:
- 金额:$ 21.99万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-10-01 至 2025-09-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The Earth’s ionosphere is the part of the upper atmosphere that has a relatively high concentration of charged particles, largely due to solar radiation. This region, from about 50 km to 1000 km above the Earth’s surface, has complex electro-dynamic processes that have important effects in a wide range of areas from the surface magnetic field to radiation in space. The PI seeks to engage undergraduate researchers to study the field-aligned currents in the ionosphere, in which the electric current flows along the Earth’s magnetic field lines. This work will allow the students to learn how to analyze and interpret ionospheric data. The PI also aims to recruit minority students into Physics from different backgrounds via a series of workshops organized by the American Institute of Physics. The PI plans to use Euler potentials which can be derived analytically from magnetic field and applied for tracing current streamlines and charged particles trajectories. This project will use Euler potentials to reconstruct shell currents from ground-based and space-based observations, which has not been done before. This project is important for understanding ionosphere-magnetosphere-thermosphere coupling. An analytical description of electric current systems in the ionosphere will be given for the first time. The results will be useful for planning and managing low-altitude satellites and predicting GPS signal disruptions. The main expected outcome of the project is to find shell currents distribution in the ionosphere, important for reliable calculations of Joule heating. This project has three objectives: 1) To determine Euler potentials for the magnetic field in the ionosphere and in its vicinity, 2) To use the Euler potentials for calculation of charged particle motion, and 3) To find electric current streamlines using the Euler potentials. Field-aligned currents (FAC) and induced magnetic field variations with good temporal and spatial resolution can be obtained from Ionospheric data and empirical models. However, the merging between FAC and shell currents (SLC) is not determined. The application of the methods in the ionosphere will make the ionospheric currents modeling more reliable and closer to reality. This method can define each magnetic field line and track changes over time. The formation and evolution of field-aligned currents can be monitored as well. The proposed Euler potentials method can find the induced magnetic field analytically, which is a much easier and faster process that the Biot-Savart integration.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
地球的电离层是高层大气中带电粒子浓度相对较高的部分,主要是由于太阳辐射。这一区域距离地球表面约50公里至1000公里,具有复杂的电动力学过程,对从地表磁场到空间辐射的广泛领域具有重要影响。该项目旨在吸引本科生研究人员研究电离层中的场向电流,电离层中的电流沿地球磁力线流动。这项工作将使学生学习如何分析和解释电离层数据。PI还旨在通过由美国物理研究所组织的一系列研讨会,招收来自不同背景的少数民族学生进入物理学领域。PI计划使用欧拉势,它可以从磁场中解析导出,并用于跟踪电流流线和带电粒子轨迹。该项目将利用欧拉势从地面和空间观测中重建壳流,这是以前从未做过的。该项目对理解电离层-磁层-热层耦合具有重要意义。将首次对电离层中的电流系统进行分析描述。研究结果将有助于规划和管理低空卫星以及预测GPS信号中断。该项目的主要预期结果是找到电离层中的壳电流分布,这对于可靠地计算焦耳加热很重要。该项目有三个目标:1)确定电离层及其附近磁场的欧拉势,2)使用欧拉势计算带电粒子运动,3)使用欧拉势找到电流流线。从电离层数据和经验模型中可以得到具有较好时空分辨率的场向电流(FAC)和感应磁场变化。然而,FAC和壳流(SLC)之间的合并并没有确定。该方法在电离层中的应用将使电离层电流模拟更加可靠和接近实际。这种方法可以定义每个磁场线并跟踪随时间的变化。场向电流的形成和演变也可以被监测。所提出的欧拉电位法可以解析地求出感应磁场,比Biot-Savart积分法简单、快速得多。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Application of Euler potentials for finding shell currents in the ionosphere
应用欧拉势寻找电离层中的壳电流
- DOI:
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:E. Romashets, M. Vandas
- 通讯作者:E. Romashets, M. Vandas
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- 作者:
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