Magnetic Reconnection in the Magnetotail: Geotail Results Tsugunobu Nagai Tokyo Institute of Technology

Geotail 1992- IMP-6 ISEE IRM IMP-8 ISEE-3 Tail Geotail

Geotail distant tail near tail

Large-Scale Structure of the Magnetosphere

Occurrence of Plasma Sheet Cluster Geotail 静穏時（Kp ≦ 2+） –15 <X<–10 –20 <X<–15 –30 <X<–25 –25 <X<–20 朝側 夕側 Y |Z|

Highly Energetic Event Reconnection Event 6 Nagai et al. (1998) Highly Energetic Event

the first onset of the second substorm 1996/02/18 two multiple-onset substorms with similar magnitudes The Hall current of the first substrom is discussed in J. Geophys. Res. (2001).

Event 3 1996/02/18 quiet period Bz Bt Vx the 60-min interval

Event 3 1996/02/18 10 sec Bz = -36 nT tail lobe Bt = 24 nT Bt = 36 nT the 3-min interval the 90-s interval

Event 3 1996/02/18 strong acceleration of electrons 48 sec

Event 3 1996/02/18 electron energy spectra Flux strong acceleration of electrons Energy thermal accelerated strong acceleration of electrons

Particle-code simulation for magnetic reconnection by I. Shinohara Bz ~ lobe Bt 10 sec Bz = -36 nT tail lobe Bt=24 nT Bt = 36 nT the 90-s interval

1996/02/18 the 3-min interval

Hall Currents

. 170934UT

. 174014UT

. 180446UT

.

.

Counterstreaming Ions Magnetic Field Nagai et al., Phys. Plasmas 9, 3705, 2002

M. S. Nakamura Hybrid-code Simulation

Counterstreaming Ions Magnetic Field Magnetic Reconnection in the Distant Tail Nagai et al., Phys. Plasmas 9, 3705, 2002

Tailward flows (< -300 km/s) with Bz < 0 882 events in 1995-2003 Tailward flows (< -300 km/s) with Bz < 0 882 events in 1995-2003 90% 90%

Hall Currents Reconnection

Occurrence of Plasma Sheet Cluster Geotail 擾乱時（Kp ≧ 3–） –15 <X<–10 –20 <X<–15 –30 <X<–25 –25 <X<–20 朝側 夕側 Y |Z|

Occurrence of Plasma Sheet Active Times vs. Quiet Times 擾乱時のプラズマシートは・・・ midnightで薄く、朝夕両側で厚い 静穏時よりも薄い 全体的に静穏時より出現率が小さい 擾乱時（Kp ≧ 3–） Geotail 静穏時（Kp ≦ 2+） Geotail

Occurrence of Plasma Sheet Thinning 朝側 夕側 Y Z Occurrence of Plasma Sheet Thinning 静穏時 擾乱時 Geotail –20 <X<–10 –30 <X<–20 Cluster –20 <X<–10 ニュートラルシート(Z=0)付近で起こるイベントは、近尾部側、とくに静穏時では少ない。

Occurrence of Plasma Sheet Thinning 朝側 夕側 Y X –3 < Z < 3 静穏時 Cluster 静穏時 Geotail 擾乱時 擾乱時 静穏時では、イベントの発生がmidnightおよび夕側に偏っている 尾部側へ向かってイベントが増加する

dawnとduskでBZが大きい 全体でBZ>0 遠尾部ほどBZが小さい dawn、duskでBZが大きい dawn 地球 静穏時（Kp≦2+） 　全体でBZ>0 　遠尾部ほどBZが小さい 　dawn、duskでBZが大きい

elevation angle（磁力線とXY平面のなす角）で見ると BZで見るよりはっきりと dawn、duskで大きい 遠尾部ほど小さい

遠尾部midnightに集中 遠尾部ではduskにも分布 遠尾部に広く分布 近尾部duskにも分布 dawn-dusk非対称性 静穏時（Kp≦2+） 遠尾部midnightに集中 遠尾部ではduskにも分布 擾乱時（Kp≧3-） 遠尾部に広く分布 近尾部duskにも分布 dawn-dusk非対称性

Plasma Sheet (plasma beta > 1) X GSM = -20 to -30 RE YGSM = -10 to +10 RE

Solar Wind Plasma Sheet Bs (nT) Btotal (nT) Velocity (km/s) Density (/cc) Temperature (keV) Solar Wind Plasma Sheet

Solar Wind Plasma Sheet Only Tail Intervals Solar Wind Input VBs Temperature Solar Wind Plasma Sheet storm

Hall Currents Reconnection

Geotail 磁気圏尾部の 磁気リコネクションの観測 磁気圏尾部赤道面の近傍のみ XGSM で観測できる Zns = -3 to +3 Re （Hones (1979) にすでに出ている） XGSM ZNS YGSM YGSM Geotail the first near tail season in 1995-1996

磁気リコネクションの観測例 Flow Reversal Minimum B near Flow Reversal Bz>0 Bz<0 Vx>0 Bz=10nT Vx<0 Bt=0.25 nT