Three dimensional magnetohydrodynamic (MHD) simulations are carried out in order to study the interaction of various interplanetary disturbances with the planetary bow shock. In this study, three distinguished types of the density pulse have been simulated: (1) Pure density pulse with no variations in all other variables, (2) density pulse in fast/slow mode-like type, and (3) another pure density pulse with a much stronger peak. In the first case, where the peak density is two times the background value, its interaction with the bow shock results in various MHD waves and a shock in the magnetosheath, including the fast mode wave which evolves into a fast shock, entropy wave, and slow mode wave. In the second case, the amplitude of the transmitted density pulse in the magnetosheath is reduced overall as compared to that in the first case. This is due to the generation of the stronger fast mode wave in the magnetosheath, and the effect is more pronounced for the fast mode-like pulse than for the slow mode-like pulse. Also, it was found that the generated fast mode wave communicates the effect of the incident density pulses on the magnetopause faster than the speed of the disturbances. When the third type pulse is incident with the peak density being 5 times the background value, the magnetosheath is more strongly compressed, which is followed by an expansion due to the sunward repulsion, and then a second compression again. This results in similar MHD waves and a shock in the mangetosheath, but they are generated in manners well-distinguished from the previous two cases. Based on the results from all three cases, it is suggested that the density amplitude and the properties of its related waves/shock in the magnetosheath can appear quite different depending on the observing spacecraft's position, and thus require a multi-spacecraft measurement for a reliable monitor.
We have also performed MHD simulations to study the interaction between three well-known MHD waves in the interplanetary medium and the bow shock. As before, the simulation results show that such an interaction results in various MHD waves in the magnetosheath. When an Alfven mode wave is imposed, the interaction produces a set of forward and backward propagating Alfven waves, another set of forward and backward propagating slow mode waves, and a fast mode wave in the downstream region. When either a fast mode wave or a slow mode wave is imposed in the upstream solar wind, the interaction results in a fast mode wave which turns into a fast shock, and also produces a slow mode wave and an entropy wave: this whole process repeats twice.
Lastly, we have investigated the case in which the upstream magnetic field is perturbed for one hour interval, in view of the Wind data on 3 January 1996. The results are compared with the Geotail data observed in the magnetosheath region, just outside the magnetopause. It is seen that the forward and backward Alfven/slow wave modes are generated in the downstream of the solar wind. The results also show good agreements with the Geotail data in that the density fluctuations are anti-correlated with the magnetic field, although the fluctuation level is somewhat lower than that of the Geotail data.
3차원 MHD 모의실험을 통하여 행성간 플라즈마 교란이 magnetosheath에 미치는 영향을 연구하였다. 플라즈마 교란으로써 density pulses와 MHD waves에 의한 효과를 조사하였다. pulses는 다음의 3가지 종류로 분류하였다: (1) 순수한 밀도 파동 (pure dens pulse), (2) fast/slow 타입의 밀도 파동 (fast/slow mode-like type density pul (3) 강력한 밀도 파동 (strong density pulse). 다른 물리량은 일정하고 밀도만 2배 증가시킨 밀도 파동이 bow shock에 입사 된 경우에는 fast shock으로 진화하는 fast mode wave와 entropy wave, slow mode wave 다양한 MHD waves들이 magnetosheath에서 생성된다. 번째, 밀도가 2배 증가하는 동안 자기장이 증가/감소하는 fast/slow 타입의 밀도 ~ bow shock에 입사 된 경우에도 순수한 밀도 파동의 경우와 같은 다양한 MHD waves들이 생성된다. 밀도 파동의 경우와 다른 점은 생성된 fast mode wave의 상대적인 차이에 의해 전달된 밀도 파동의 진폭이 감소된다는 것이다. 효과는 slow 타입의 밀도 파동보다 fast 타입의 밀도 파동이 입사 된 경우에서 더 두드러지게 나타난다. 모의실험 결과로부터, 밀도 파동의 효과는 생성된 fast mode wave에 의해 magnetopause에 전달된다는 것을 확인하였다. fast mode wave에 의해 전달되는 그 효과는 bow shock에 입사 된 교란이 전파되는 속도보다 빠르게 전파된다. 번째, 밀도가 5배 증가된 매우 강력한 밀도 파동이 입사 된 경우, magnetosheath는 압축 (compression)되었다가 magnetopause에서의 반발력 (repulsion)에 의해 팽창 (expansion)되고, 다시 압축되어 본래의 magnetosheath로 복원되는 과정을 격게된다. 파의 종류는 앞의 두 경우와 비슷하지만 그 과정은 다르게 나타남을 확인하였다.
Alfven mode wave, fast mode wave 및 slow mode wave 등의 MHD waves에 의한 효과를 살펴보았다. mode wave가 bow shock에 입사 된 경우에는 forward/backward Alfven mode waves와 forward / backward slow mode waves 및 fast mode wave가 생성된다. mode wave 또는 slow mode wave가 bow shock에 입사 된 경우에는 fast shock으로 진화하는 fast mode wave와 slow mode wave 및 entropy wave가 생성되고, 이러한 과정이 2번 반복된다.
1996년 1월 3일 Wind 위성의 관측과 같이 천천히 변하는 행성간 자기장의 교란 (주기 ~ 1h)에 의한 효과를 살펴보고 이를 Geotail 위성의 관측 결과와 비교하였다. 자기장 교란에 의해 forward와 backward로 진행하는 다양한 파동들이 생성됨을 확인하였다. 에서 관측된 큰 변동 (large fluctuations)은 이러한 파동들의 중첩에 의한 것이다. 밀도와 자기장의 세기가 anti-correlation을 보이는 등 Geotail 데이터와 잘 일치함을 확인하였다.
