MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798273301856
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32280163
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a523
■1001  ▼aWang,  Jianzhao.
■24510▼aStructures  and  Dynamics  of  Jupiter's  Middle  Plasma  Disk  From  Juno  Observations
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Colorado  at  Boulder▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a256  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-07,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Bagenal,  Fran.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Colorado  at  Boulder,  2025.
■520    ▼aJupiter's  magnetosphere  features  a  strong  intrinsic  magnetic  field,  mass  loading  from  its  innermost  moon  Io,  and  rapid  rotation  of  both  plasma  and  the  magnetic  field  with  the  planet.  Driven  by  centrifugal  force,  plasma  originating  from  Io  accumulates  near  the  equator,  forming  the  thin,  stretched  plasma  disk  that  exhibits  a  well-organized  large-scale  structure  with  localized  dynamic  processes.  A  key  mechanism  in  this  system  is  the  outward  transport  of  Io-genic  plasma,  facilitated  by  centrifugal  instabilities  when  force  balance  within  the  plasma  disk  is  disrupted.  Since  2016,  Juno  has  flown  through  the  plasma  disk  at  various  radial  distances,  moving  from  dawn  to  dusk  and  collecting  a  vast  amount  of  high  resolution  data,  particularly  thermal  plasma  data  from  the  JADE  instrument.  This  provides  an  excellent  opportunity  to  conduct  a  global  and  comprehensive  survey  of  the  plasma  disk.  In  this  study,  we  explore  the  middle  region  between  10  and  50  Jupiter  radii  (RJ),  which  is  minimally  influenced  by  Jupiter's  moons  beyond  Io  and  the  solar  wind.            In  the  first  part  of  the  thesis,  we  develop  a  forward  modeling  method  to  derive  the  3-D  properties  of  thermal  plasma  using  ion  measurements  from  the  Juno/JADE  instrument.  Assuming  a  kappa  distribution,  we  first  fit  the  TOF  data  to  determine  ion  abundances.  Then  the  abundances  are  used  in  fitting  the  SPECIES  data  to  obtain  plasma  density,  temperature,  and  3-D  bulk  flow  velocity.  Applying  this  method  to  all  available  data  from  PJ5  to  PJ56,  we  produce  a  comprehensive  dataset  consisting  of  70,487  reliable  fits,  most  of  which  are  located  near  the  magnetic  equator.            In  the  second  part  of  the  thesis,  we  study  the  global  properties  of  the  plasma  disk  using  the  large  dataset.  Based  on  274  identified  crossings,  we  find  that  plasma  temperature  increases  and  rigid  corotation  gradually  breaks  down  with  increasing  radial  distance.  Along  magnetic  field  lines,  hotter  and  lighter  ions  with  higher  charge  states  extend  farther  and  exhibit  larger  scale  heights,  consistent  with  the  diffusive  equilibrium  model.  The  local  time  asymmetry  within  40  RJ  is  modulated  by  the  Vasyliunas  cycle.  On  the  dawn  side,  flux  tubes  are  depleted  and  accelerated,  exhibiting  lower  density,  cooler,  thinner  disk.  On  the  dusk  side,  flux  tubes  are  assimilated  with  reduced  velocity,  forming  a  higher  density,  hotter,  thicker  disk.  Hot,  inward  moving,  super  corotating  flows  appear  in  the  pre-dawn  sector,  representing  return  flows  from  Vasyliunas  cycle  driven  magnetic  reconnection.  We  then  calculate  flux  tube  integrals  to  examine  the  system's  stability.  As  two  competing  factors,  flux  tube  entropy  tends  to  stabilize  the  system,  while  content  destabilizes  it.  On  average,  the  entropy  term  dominates  in  the  middle  magnetosphere,  resulting  in  a  generally  stable  system  for  interchange  motion.            In  the  third  part  of  the  thesis,  we  investigate  the  dynamics  and  specific  events  within  the  plasma  disk.  The  orbit-by-orbit  analysis  of  Juno  data  reveals  more  than  an  order  of  magnitude  difference  in  density  between  enhanced  and  depleted  plasma  disk  states.  The  long-term  correlation  between  Io's  torus  ribbon  brightness  and  plasma  disk  density  suggests  that  temporal  variations  in  the  plasma  disk  are  modulated  by  changes  in  Io's  torus,  with  a  plasma  transport  timescale  of  ~40  days.  A  survey  of  147  cold,  dense  plasma  blobs  suggests  they  originate  from  localized  ballooning  motion  or  rapid  flux  tube  interchange.  Ballooning  events  occur  primarily  in  the  dawn  sector  beyond  25  RJ,  while  interchange  events,  found  within  35  RJ,  feature  alternating  cold,  dense  outflows  and  hot,  tenuous  inflows.  We  also  examine  two  super-corotating  flow  events  that  exceed  120%  of  rigid  corotation,  occurring  at  the  nightside  equator  within  30  RJ.  The  flows  are  accompanied  by  features  of  flux  rope-like  plasmoids  or  magnetic  field  dipolarization,  suggesting  that  they  may  be  accelerated  by  magnetic  reconnection.  Finally,  we  analyze  a  unique  reconnection  event  at  23  RJ,  occurring  within  a  thin  current  sheet  formed  by  the  collision  and  twisting  of  two  distinct  flux  tubes.  This  is  the  innermost  reconnection  event  observed  to  date  and  the  first  confirmed  ion  diffusion  region  observation  at  Jupiter  from  the  presence  of  the  Hall  magnetic  field.  The  event  also  provides  the  first  observational  evidence  for  localized  flux  tube  interchange  driven  reconnection.            All  the  above  findings  enhance  our  understanding  of  Jupiter's  dynamic  plasma  disk,  particularly  the  centrifugally  driven  dynamics  that  play  a  crucial  role  in  shaping  the  disk  and  driving  the  outward  transport  of  Io-genic  plasma.
■590    ▼aSchool  code:  0051.
■650  4▼aAstrophysics
■650  4▼aPlasma  physics
■650  4▼aAstronomy
■650  4▼aAtmospheric  sciences
■653    ▼aJuno
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■653    ▼aPlasma  disk
■690    ▼a0596
■690    ▼a0759
■690    ▼a0606
■690    ▼a0725
■71020▼aUniversity  of  Colorado  at  Boulder▼bAstrophysical  and  Planetary  Sciences.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-07B.
■790    ▼a0051
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17360066▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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