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JOURNALOFGEOPHYSICALRESEARCH,VOL.99,NO.A5,PAGES8531-8553,MAY1,1994
Lowandmiddlealtitudecuspparticlesignaturesforgeneral
magnetopausereconnectionratevariations:1.Theory
M.Lockwood•
RutherfordAppletonLaboratory,Chilton,Didcot,Oxon,UnitedKingdom
M.F.Smith
LaboratoryforExtraterrestrialPhysics,NASAGoddardSpaceFlightCenter,Greenbelt,Maryland
Abstract.Wepresentpredictionsofthesignaturesofmagnetosheathparticleprecipitation
(intheregionsclassifiedasopenlow-latitudeboundarylayer,cusp,manfieandpolarcap)
forperiodswhentheinterplanetarymagneticfieldhasasouthwardcomponent.Theseare
madeusingthepulsatingcuspmodeloftheeffectsoftime-varyingmagnetic
reconnectionatthedaysidemagnetopause.Predictionsaremadeforbothlow-altitude
satellitesinthetopsideionosphereandformidaltitudespacecraftinthemagnetosphere.
Low-altitudecuspsignatures,whichshowacontinuousiondispersionsignature,reveal
;quasi-steadyreconnection(onelimitofthepulsatingcuspmodel),whichpersistsfora
periodofatleast10min.Weestimatethatquasi-steadyinthiscontextcorrespondsto
fluctuationsinthereconnectionrateofafactorof2orless.Theotherlimitofthe
pulsatingcuspmodelexplainstheinstantaneousjumpsintheprecipitatingionspectrum
thathavebeenobservedatlowaltitudes.Suchjumpsareproducedbyisolatedpulsesof
reconnection:thatis,theyareseparatedbyintervalswhenthereconnectionrateiszero.
Thesealsogenerateconvectingpatchesonthemagnetopauseinwhichthefieldlines
threadtheboundaryviaarotationaldiscontinuityseparatedbymoreextensiveregionsof
tangentialdiscontinuity.Predictionsofthecorrespondingionprecipitationsignaturesseen
bymidaltitudespacecraftarepresented.Weresolvetheapparentcontradictionbetween
estimatesoffl•ewidfl•oftheinjectionregionfrommidaltitudedataandtheconceptof
continuousentryofsolarwindplasmaalongopenfieldlines.Inaddition,wereevaluate
theuseofpitchangle-ener
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