SPECTRAL FEATURES OF E- AND F-REGION PLASMA IRREGULARITIES AS OBSERVED BY ROCKET-BORNE ELECTRON DENSITY PROBES FROM BRAZIL

Abstract

ABSTRACT

The height variation of the ionospheric electron density was measured with rocket-borne electron density probes from Alcântara (2.31°S; 35.2°W) in Brazil. A Black Brant X sounding rocket was launched on 14-th October 1994 at 19h55min (LT) to investigate the phenomenon of high-altitude equatorial spread-F events. Ground equipments were operated during the campaign to ensure that the rocket was launched under conditions favorable for the generation of plasma bubbles in the F-region. The electron density was measured by three different types of probes. A High Frequency Capacitance probe (HFC) gave density data with low height resolution, while a conventional Langmuir Probe (LP) and a Plasma Frequency Probe (PFP) measured the electron density and the spatial fluctuations in it. Thek-spectra of the plasma irregularities were obtained by the spectral analysis of the electron density fluctuation data. An important feature observed was the continuous presence of plasma irregularities of a large range of vertical scale sizes in the altitude range of 340 km to 817 km. The electron number density varied considerably in these spatial structures, for example a decrease by a factor of 2.6 in a vertical extension of 1 km near the altitude of 497 km. Near 535 km altitude the electron density increased by a factor of 1.8 within a height range of 2.7 km. Density structures of vertical scale sizes in the range of hundreds of meters also were observed superposed on the large-scale structures. During the rocket upleg two height regions of intense irregularities were observed, one between 366 and 480 km and the other between 684 and 812 km. The Langmuir Probe (LP) could make measurements of irregularities of vertical scale sizes more than 8 m in these height ranges, while the Plasma Frequency Probe, could make measurements of irregularities of vertical scale sizes as small as 0.5 m. Spectral features of these irregularities as observed by the two plasma probes at different height regions are presented and discussed here.

Keywords :ionosphere; space plasma; plasma irregularities; rocket measurements; plasma density probes.

RESUMO

A variação com altura da densidade eletrônica na ionosfera foi medida com sondas de densidade eletrônica a bordo de foguetes de Alcântara (2.31°S; 35.2°O) no Brasil. Um foguete de sondagem "Black Brant X" foi lançado no dia 14 de outubro de 1994 às 19h55min (LT) para investigar o fenômeno de Espalhamento-F na alta ionosfera equatorial. Equipamentos foram operados na superfície terrestre durante a campanha para assegurar que o foguete foi lançado nas condições favoráveis pela geração das bolhas de plasma na região-F. A densidade eletrônica foi medida por três tipos diferentes de sondas. Uma sonda capacitiva em alta freqüência (HFC) forneceu os dados de densidade eletrônica de baixa resolução, quando uma sonda de Langmuir (LP) convencional e uma sonda de freqüência de plasma (PFP) mediram a densidade e as flutuações espaciais nela. Os espectros-k das irregularidades de plasma foram obtidas pela análise espectral dos dados de flutuações de densidade eletrônica. Uma característica importante observada foi a presença contínua das irregularidades de plasma de uma faixa larga de escalas de tamanho vertical na faixa de altura de 340 km a 817 km. A densidade numérica de elétrons variou consideravelmente nestas estruturas espaciais, por exemplo uma diminuição por um fator de 2,6 numa extensão vertical de 1 km perto da altura de 497 km. Perto da altura de 535 km a densidade aumentou por um fator de 1,8 numa faixa de altura de 2.7 km. Estruturas de densidade de escalas verticais na faixa de centenas de metros também foram observadas superpostas nas escalas largas. Durante a subida do foguete duas faixas de altura das irregularidades intensas foram observadas, uma entre 366 e 480 km e a outra entre 684 e 812 km. A sonda de Langmuir (LP) fez medidas das irregularidades da escala vertical maior que 8 m nestas faixas de altura, quando a sonda de freqüência de plasma (PFP) fez medidas das irregularidades da escala vertical de até 0,5 m. As características especiais destas irregularidades como observadas pelas duas sondas de plasma nas regiões de diferentes alturas são apresentadas e discutidas aqui.

Keywords :ionosfera; plasma espacial; irregularidades de plasma; medidas com foguetes; densidade de plasma; sondas de densidade de plasma.