Observations of Ionospheric Plasma depletions using OI 630.0 nm Nightglow Imaging

Abstract

Ionospheric plasma irregularities associated with nighttime equatorial spread-F phenomena have been the subject of intensive experimental and theoretical investigations during recent years. Large scale plasma depletions, referred to as transequatorial bubbles or plumes, continue to attract considerable attention. The studies of ionosphere plasma irregularities assume great importance, because the irregularities degrade the radio wave signals passing through the region and, therefore, have considerable influence on the ionospheric/trans-ionospheric radio wave communications. The F-region nightglow emissions arising from ionospheric recombination processes can be used to remotely observe the dynamics of transequatorial ionospheric plasma bubbles and smaller scale plasma irregularities. In a collaborative project between the Center for Space Physics, Boston University, USA, and the National Institute for Space Research (INPE), Brazil, an all-sky imaging system was put in operation at Cachoeira Paulista (22.7° S, 45.0° W, dip latitude 15.8° S), in March 1987. This wide angle imaging technique provides an unique capability of permitting observations over regions covering several million square kilometers from a single observing station. Also, regular measurements of several nightglow emissions and ionospheric sounding are carried out at Cachoeira Paulista and Fortaleza (3.9° S, 38.4° W, dip latitude 3.7° S). A VHF electronic polarimeter was in operation at Cachoeira Paulista. This clustering of observational facilities in the Brazilian sector provided coincident and complementary observations of various upper atmospheric parameters. In this paper we present and discuss some features of the OI 630.0 nm emission all-sky imaging observations carried out during the period 1987-1989. The transequatorial ionospheric plasma bubbles manifest in all-sky optical. imaging observations as nearly north-south aligned intensity-depleted regions. The observed seasonal variation of the airglow depletions shows a maximum during the summer months and virtually no airglow depletions during the winter months. The case studies presented show different forms of generation and development phases of airglow depletions during the course of a night. The all-sky images also permitted the determination of the altitude-latitude extent of the plasma depleted regions and some results are presented. It has been observed that the altitudes reached by the plasma depleted flux tubes over the magnetic equator in the Brazilian sector often exceed 2500 km.

OBSERVAÇÕES DE DEPLEÇÕES NO PLASMA IONOSFÉRICO USANDO IMAGEAMENTO DA LUMINESCÊNCIA ATMOSFÉRICA EM OI 630,0 nm

Irregularidades no plasma ionosférico associadas com o fenômeno noturno de espalhamento-F equatorial têm sido recentemente objeto de intensos estudos experimentais e teóricos. Depleção de plasma em grande escala, conhecidas como bolhas transequatoriais ou plumas, continuam a atrair atenção considerável. Os estudos destas irregularidades no plasma ionosférico são de grande importância pois elas degradam os sinais de ondas de rádio que atravessam a ionosfera e afetam consideravelmente as comunicações ionosféricas/transionosféricas. As emissões de luminescência atmosférica noturna da região Ionosférica, resultantes de processos de recombinação ionosférica, permitem um sensoriamento remoto da dinâmica destas bolhas transequatorial de plasma e de irregularidades de pequena escala. Através de um projeto de colaboração entre o Centro de Física Espacial da Universidade de Boston e o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), um sistema de imageamento celeste está sendo operado em Cachoeira Paulista (22,7° S, 45,0° W, latitude dip 15,8° S) desde março de 1987. Esta técnica de imageamento com amplo ângulo de visada permite observar regiões no céu cobrindo vários milhões de quilômetros quadrados. Medidas de várias outras emissões noturnas e radio-sondagens ionosféricas são também regularmente conduzidas em Cachoeira Paulista e Fortaleza (3,9° S, 38,4° W latitude dip 3,7° S). Um polímero em VHF é também operado de Cachoeira Paulista. Este conjunto de equipamentos no setor brasileiro permitiu a observação simultânea de vários parâmetros ionosféricos. Neste artigo são apresentadas e discutidas algumas características das observações de imagem da emissão OI 630,0 nm conduzidas no período 1987-1989. As bolhas transequatoriais de plasma manifestam-se nas observações de imageamento ótico como regiões de depleção em intensidade quase alinhadas na direção norte-sul magnética. As variações sazonais destas depleções apresentam um máximo nos meses de verão, com praticamente nenhuma depleção nos meses de inverno. Os casos apresentados aqui mostram diferentes formas de iniciação e fases de desenvolvimento das depleções na intensidade das emissões durante a noite. As imagens permitem ainda a determinação da extensão em altitude e latitude das bolhas de plasma e alguns resultados são apresentados. Tem sido observado que elas chegam a atingir altitudes excedendo 2500 km sobre o equador magnético no setor brasileiro.