土星千米辐射的发射与传播：磁离子模式、波束指向与偏振态
地球与行星天体物理
2015-03-25 v1 空间物理
摘要
卡西尼号任务于 2008 年 10 月 17 日穿过土星千米辐射（SKR）的源区。在此期间，无线电与等离子体波科学（RPWS）实验探测到了局部和远距离射电源，同时磁力计（MAG）和卡西尼等离子体光谱仪（CAPS）原位测量了等离子体参数。对 RPWS 3 天线电场测量应用了极角极化反演，以确定波矢量 k 和探测波的完整偏振态。我们在低频段识别出宽带非常规（X）模式以及窄带常规（O）模式 SKR。在源区内，SKR 在热等离子体中刚好在 X 模式截止频率之上发射，典型的电子-波能量转换效率为 1%（峰值 2%）。随后利用 k 矢量的知识推导了土星磁层中 SKR 源的位置轨迹，表明 X 和 O 分量源自同一区域。我们还从 或 从 磁场矢量模型，或 从 偏振测量，计算了源处的相关波束角 theta'=(k,-B)。两种模式获得的相似结果表明，局部源为准垂直发射，而远距离源的波束指向表现为具有频率依赖性恒定孔径角的空心锥：在 300kHz 以下 theta'=75{\deg}+/-15{\deg}，在更高频率下递减，达到 theta'(1000kHz)=50{\deg}+/-25{\deg}。最后，我们定量研究了 SKR 的偏振态，观察到在源区呈强椭圆偏振，而对于位于约 2 个土星半径之外的源则呈准纯圆偏振。我们证明了沿射线路径实现了弱模式耦合条件，在此条件下，磁离子理论令人满意地描述了观测偏振的演化。
引用
@article{arxiv.1101.3666,
title = {Emission and propagation of Saturn kilometric radiation: magneto-ionic modes, beaming pattern and polarization state},
author = {L. Lamy and B. Cecconi and P. Zarka and P. Canu and P. Schippers and W. S. Kurth and R. L. Mutel and D. A. Gurnett and J. D. Menietti and P. Louarn},
journal= {arXiv preprint arXiv:1101.3666},
year = {2015}
}