Simulating the Upper Hybrid Instability as a Cause for 150 km Echoes

不稳定性 物理 电离层 计算物理学 电子 非相干散射 离子 雷达 光电效应 原子物理学 散射 F区域 地球物理学 光学 机械 电信 核物理学 量子力学 计算机科学
作者
A. Green,M. M. Oppenheim,William Longley
出处
期刊:Journal Of Geophysical Research: Space Physics [Wiley]
卷期号:128 (4) 被引量:3
标识
DOI:10.1029/2022ja031223
摘要

Abstract One Hundred and Fifty kilometer echoes are a type of strong radar echo observed in the valley region of the equatorial ionosphere, whose origin was long standing mystery. Recently, a new upper hybrid (UH) instability theory, driven by high energy photoelectrons, has been proposed to explain most features of 150 km echoes. However, this instability excites high frequency electron modes, whereas radars observe low frequency ion modes. To explain 150 km echoes, the UH instability must ultimately excite ion acoustic modes. This paper describes a set of particle‐in‐cell simulations used to study how photoelectrons interacting with a cold background plasma generate UH waves, and how these drive ion acoustic waves measured by radars. We implement a new electron‐N 2 collision algorithm to better model the bump on tail features of the photoelectron distribution in the valley region. These simulations show that photoelectrons drive unstable UH waves that strongly enhance ion acoustic waves. We also show a strong frequency dependence on power in the ion line, which explains observational differences between radars, most notably the lack of echoes at ALTAIR. The photoelectron driven UH instability successfully reproduces most features of 150 km echoes associated with naturally enhanced incoherent scattering.
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