Abstract
We report three sawtooth oscillation events observed at geosynchronous orbit where we find quasi-periodic (every 2-3 hours) sudden flux increases followed by slow flux decreases at the energy levels of ${\sim}50-400keV$. For these three sawtooth events, we have examined variations of the outer boundary of the outer radiation belt. In order to determine L values of the outer boundary, we have used data of relativistic electron flux observed by the SAMPEX satellite. We find that the outer boundary of the outer radiation belt oscillates periodically being consistent with sawtooth oscillation phases. Specifically, the outer boundary of the outer radiation belt expands (namely, the boundary L value increases) following the sawtooth particle flux enhancement of each tooth, and then contracts (namely, the boundary L value decreases) while the sawtooth flux decreases gradually until the next flux enhancement. On the other hand, it is repeatedly seen that the asymmetry of the magnetic field intensity between dayside and nightside decreases (increases) due to the dipolarization (the stretching) on the nightside as the sawtooth flux increases (decreases). This implies that the periodic magnetic field variations during the sawtooth oscillations are likely responsible for the expansion-contraction oscillations of the outer boundary of the outer radiation belt.
이 논문에서는 먼저 정지궤도에서 관측된 세 개의 Sawtooth 진동 이벤트를 보고한다. Sawtooth 진동에서는 수십에서 수백 keV 에너지대의 자기권 대전입자 플럭스가 평균 $2{\sim}3$시간의 주기로 반복적으로(10여 차례 내외) 증감한다. 플럭스가 증가 할 때는 매우 급격히 증가하고 그 후 다음 증가 때까지 서서히 감소하는 특징을 보이는데 이러한 반복적 플럭스 증감을 시간에 대한 그래프로 나타내면 마치 톱니 모양을 갖는다. 다음으로 이러한 각 Sawtooth 진동 이벤트 기간에 대해 바깥 방사선 벨트 외경계면의 변화를 연구하였다. 이를 위해 SAMPEX 저궤도 위성이 관측한 상대론적 전자 플럭스 자료를 이용하였다. 이 관측 자료를 이용하여 바깥 방사선 벨트 외경계면 위치의 L값을 결정하고 각 Sawtooth 진동 이벤트 기간 동안의 경계면 L값의 변화를 분석하였다. 분석 결과로서 바깥 방사선 벨트 외경계면이 Sawtooth 진동 각 톱니 주기에 맞추어 팽창과 수축을 반복하는 진동을 발견하였다. 구체적으로, Sawtooth 입자 플럭스가 증가 한 직후에는 바깥 방사선 벨트 외경계면이 더 밖으로 팽창하고, 그 후 Sawtooth 입자 플럭스가 다음 주기 전까지 서서히 감소하는 동안에는 다시 방사선 벨트 외경계면이 수축하는 것을 발견하였다. 한편 Sawtooth 입자 플럭스 증가 시에는 주야간 지역간의 자기권 자기장 비대칭 정도가 감소하고, 반대로 입자 플럭스 감소 시에는 주야간 지역간의 자기권 자기장 비대칭 정도가 증가하는 특징이 반복적으로 나타났다. 이로 인해 바깥 방사선 벨트 외경계면도 주기적으로 변하는 것으로 생각된다.