A Simulation of Equatorial Plasma Bubble Signatures on the 016300 Å… nightglow Meridional Profile Over Brazilian Low Latitude

Abstract

The [0I] 6300 Å nightglow emission measurements carried out by scanning photometers over Cachoeira Paulista (geogr. coord. 22oS,45oW, geom. coord. 11o57'S,22o32'E) often show propagating disturbances on the meridional and east-west intensity profiles. The disturbances propagate from north to south and from west to east and they are identified as the airglow manifestations of the equatorial plasma bubble (or depletion) events. The low latitude footprints of the field aligned plasma depletions could have two types of characteristic signatures in the meridional scanning photometer data: (a)events that have their onsets well westward of the photometer observing longitude, representing the post growth phase of a bubble event, and (b) those having onsets in the vicinity of the photometer longitude representing the growth phase of a bubble event. ln the case of (b) it is possible to detect vertical rise velocity of the head region of a plasma bubble over the magnetic equator. On the other hand the east-west scan photometer signature represent in a straight forward way, the eastward propagation of the plasma depletions. ln this paper a quantitative interpretation of the meridional propagation of the airglow disturbance for the type (b) events is attempted by carrying out a numerical simulation of the phenomenon. Airglow intensity as observed from a photometer at a low latitude site was calculated in the presence of a field aligned plasma bubble, whose vertical rise velocity over the equator was determined from a numerical simulation under nonlinear Rayleigh-Taylor instability condition. The result of the simulation demonstrate that, as the field  aligned plasma bubbles rises up over the equator in their growth phases, their extremities trace out poleward motion in the low latitude ionosphere giving rise to the observed north to south propagation of the airglow intensity valleys, observed in the early post sunset hours.

 As medidas de luminescência noturna do oxigênio atômico (Å: 6300 Å) obtidas com fotômetros de varredura em Cachoeira Paulista (coord. geogr. 22oS, 45oO, coord. geom. 11o57'S, 22c32'L) mostram frequentemente perturbações de intensidade luminosa nos perfis meridional e zonal. Tais perturbações propagam-se de Norte para Sul e de Oeste para Leste e são identificadas como causadas por regiões de rarefação iônica (bolhas) do plasma ionosférico equatorial. Os efeitos em baixas latitudes dessas rarefações, as quais são alinhadas com o campo magnético terrestre, podem ocorrer de duas formas: (a) iniciando-se bem a oeste da longitude de observação do fotômetro, representando assim a fase pós-evolutiva da bolha e (b) iniciando-se na vizinhança da longitude do fotômetro representando a fase evolutiva da bolha. No caso (b) é possível detectar com fotômetros, os efeitos da subida vertical da parte superior da bolha de plasma sobre o equador magnético. Por outro lado, os perfis na direção leste-oeste revelam propagação para leste das rarefações de plasma. Neste trabalho tenta-se interpretar quantitativamente a propagação meridional da perturbação de luminescência do tipo (b), fazendo-se uma simulação numérica do fenômeno. A intensidade de luminescência que seria observada por um fotômetro em baixa latitude foi calculada na presença de uma bolha de plasma alinhada com o campo magnético, cuja velocidade vertical de subida no equador foi determinada a partir da simulação numérica da instabilidade Rayleigh-Taylor não linear. O resultado da simulação mostra que, à medida que as bolhas de plasma (alinhadas com o campo magnético) sobem no equador, suas extremidades traçam um movimento para os polos na ionosfera de baixas latitudes, dando origem à observada propagação de norte para sul dos vales de intensidade de luminescência vermelha (Å: 6300 Å) observada nas primeiras horas da noite, após o pôr do sol.