MHD flow visualization of magnetopause boundary region vortices observed during high speed streams

Abstract

We present statistics for a total of 304 vortices found near the ecliptic plane on the magnetopause flanks, using simulated Magnetohydrodynamic (MHD) data driven by real solar wind con- ditions. The study concentrates on nine hours, from March 29 2000 UT to March 30 0500 UT, during the onset of a high speed stream that exists from March 29 to April 5, 2002. Magnetopause crossings seen by the Geotail spacecraft for the nine hours time interval were also analyzed and compared with the MHD simulation to validate our results. Vortices were classified by solar wind input provided by the Wind satellite located 60-80 RE upstream from Earth. 273 of the vortices were generated under northward Interplanetary Magnetic Field (IMF) and 31 were generated under southward IMF. The vortices generated under northward IMF were more prevalent on the dawnside than on the duskside, and were substantially less ordered on the dawnside than on the duskside. Most of the vortices were large in scale, up to 10 RE, and with a rotation axis closely aligned with the ZSM direction. They rotated preferentially clockwise on the dawnside, and counter-clockwise on the duskside. Those generated under southward IMF were less ordered, fewer in number, and also smaller in diameter. Significant vortex activity occurred on the nightside region of the magnetosphere for these southward cases in contrast to the northward IMF cases on which most of the activity was on the magnetopause flanks. The IMF is primarily northward for our time interval and the development of these vortices with their rotation preference depending on their local time position suggest that a Kelvin-Helmholtz (KH) instability is likely present.

Presentamos estadísticas de un total de 304 vórtices encontrados en los bordes de la magnetopausa cerca del plano eclíptico, utilizando datos de una simulación Magnetohidrodinámica derivada de condiciones reales del viento solar. Este estudio se concentra en nueve horas, desde el 29 de marzo 2000 TU hasta el 30 de marzo 0500 TU, en donde se encuentra el comienzo de un flujo de viento solar a alta velocidad que dura desde el 29 de marzo hasta el 5 de abril del an ̃o 2002. Cruces de la magnetopause captados por el satélite Geotail entre estas nueve horas de estudio fueron tambien estudiados y comparados con los datos de la simulación MHD para validar nuestros resultados. Los vórtices fueron clasificados utilizando condiciones del viento solar obtenidos del satélite Wind el cual se encuentra a 60-80 RE de la tierra. 273 de los vórtices fueron generados bajo condiciones del IMF hacia el norte y 31 de los vórtices fueron generados bajo condiciones del IMF hacia el sur. Los vórtices generados bajo las condiciones hacia el norte del IMF ocurrían en mayor número en el área del amanecer que en el área del anochecer, siendo sustancialmente menos ordenados en el área del amanecer que en el área del atardecer. La mayoría de los vórtices eran grandes a escala, hasta 10 RT, y con el eje de rotación alineado a la dirección del eje de ZSM. Preferiblemente estos rotaban a favor de las manecillas del reloj en el área del amanecer, y en contra de las manecillas del reloj en el área del atardecer. Aquellos vórtices generados bajo condiciones del IMF hacia el sur eran menos organizados, menos en número, y también más pequeños en tamaño. Una significante cantidad de vórtices ocurrieron el la parte nocturna de la magnetosfera para estos casos del IMF hacia el sur en contraste con aquellos que ocurrieron durante el IMF hacia el norte en donde la actividad era concentrada hacia los bordes de la magnetopausa. El Campo Magnético Interplanetario (IMF) es en su mayoría en dirección hacia el norte para nuestro intervalo de tiempo en estudio y el desarrollo de estos vórtices con su preferencia en rotación dependiendo en su localidad, claramente sugieren la presencia de una inestabilidad tipo Kelvin-Helmholtz para nuestro intervalo de tiempo en estudio.