This work describes the global distribution and the characteristic features of equatorial plasma irregularities: equatorial plasma bubble (EPB) and low-latitude plasma blob. Primary data set was in-situ measurements of Korea Multi-Purpose Satellite-1 (KOMPSAT-1) at an altitude of 680 km at 2230 LT during the solar maximum period from June 2000 to August 2001. As supplementary data, ionospheric observation of DMSP F13 and F15 was used. EPBs can be observed at all longitudes around the magnetic dip equator in the equinoctial seasons with the peak occurrence in the American-Atlantic-African regions. During the northern summer EPBs occur predominantly in the magnetic north in the Indian and west Pacific regions, but are totally suppressed in the American-Atlantic sectors. During the northern winter EPBs are highly promoted in the America-Atlantic sectors but are suppressed in other longitude sectors, especially, in the Pacific sector. To explain the global EPB distributions, we investigate the growth conditions of Rayleigh-Taylor instability in several longitude sectors using the Mass Spectrometer Incoherent Scatter (MSIS) and International Reference Ionosphere (IRI) models. The simulation results indicate that the global EPB distribution can be understood better by considering the upward plasma drift velocity at post-sunset time weighted by the flux-tube integrated electron content in the lower F region. Meantime, the EPB occurrence is nearly anti-correlated with the degree of asymmetry in latitudinal plasma distribution at 1800 LT, 2130 LT, and 2250. So the asymmetry also can be used as a rough index for EPB forecast. The seasonal-longitudinal change of the asymmetry is in conflict with the current simple theories of inter-hemispheric plasma transport. Some other elements such as the thermospheric parameters should be considered. The relationship between $K_p$ index and EPB occurrence is consistent with existing reports. The effect of 27-day solar cycle is not clearly seen. In general, electron temperature inside EPB is lower than the ambient value. The location of high-temperature EPBs are not restricted in geomagnetic anomaly regions, implying that other unknown heat sources may be working. The blobs were observed mostly along the ±15o magnetic latitudes. Their global distribution showed a seasonal-longitudinal dependence similar to the distribution of the EPBs. The blobs drifted upward relative to the ambient plasma, and the electron temperatures and H + proportions were lower within the blobs compared to those in the background. The characteristics of the plasma blobs show close similarity to the characteristics of the EPBs. Therefore, it is suggested that the blobs originated from the lower altitudes by a mechanism that drives an upward drift of the plasma bubbles. The blob events did not occur in a correlated way with the magnetic activity or daily variation of the solar activity.
아리랑 1호는 1999년 12월 21일에 발사된 대한민국 최초의 다목적 실용 위성이며, 우주 과학 탐사 장비인 SPS가 탑재되어 있어 2000년 6월 28일부터 2001년 8월 1일까지의 태양 극대기 동안 지구 전리층 플라즈마의 밀도와 온도를 관측하였다. 이 자료를 통해 저위도 전리층에 존재하는 거품의 특성 및 관련 인자를 규명하고자 하는 연구가 수행되었으며, 이 때 보조 자료로서 미국의 위성 DMSP F13 및 F15의 관측 결과, 그리고 각종 전리층 변수들에 대한 이론적 수치 계산 결과가 사용되었다. 아리랑 1호에 관측된 저밀도 거품의 계절별-지역별 분포는 다른 위성을 통한 기존 연구 결과들과 일치하였다. 기존의 선형 불안정 이론에 따라 계산한 전리층 섭동의 성장률은 아리랑 1호의 관측 결과를 충실히 설명할 수 없었으며, 이는 선형 불안정 이론으로는 설명할 수 없는 저밀도 거품의 후기 발달 과정이 상부 전리층까지 도달하는 데에 중요한 역할을 하고 있다는 것을 의미한다. 전리층 플라즈마의 수직 상승 속도와 밀도가 저밀도 거품의 발달에 대해 갖는 중요성은 이전의 연구 결과들에 의해 강조된 바 있다. 이 논문에서는 이 둘을 통합하여 상부 전리층의 저밀도 거품 발생을 예보할 수 있는 지표를 산출하였고, 이는 아리랑 1호의 결과를 정확히 재현하고 있다. 또한, 저밀도 거품의 분포는 주변 플라즈마의 위도상 분포가 갖는 남북 비대칭성과 강한 상관관계를 갖고 있다는 기존의 연구 결과를 재확인하였다. 그러나 아리랑 1호에 관측된 남북 비대칭성은 열권 바람만을 이용해 설명한 기존의 이론과는 상이한 형태를 띄고 있으며, 이 결과는 열권 바람 뿐만 아니라 열권의 온도 및 화학적 조성 등을 함께 고려에 넣어야 함을 암시한다. 저밀도 거품 발생과 지자기 활동 지표 $K_p$ 의 상관관계는 기존의 연구 결과들과 부합하였으며, 일일 태양 활동 지표 F10.7과의 상관관계는 미미한 수준에 그쳤다. 전자 온도 탐침에 관측된 저밀도 거품 내부의 전자 온도는 대개 주변보다 낮았다. 주변보다 온도가 높은 경우는 남대서양 이상 지역 및 하와이 이상 지역 이외의 곳에도 존재함으로써, 현재의 이론으로는 설명할 수 없는 다른 기작이 저밀도 거품의 가열에 영향을 미쳤음을 시사하고 있다. 아리랑 1호가 관측한 고밀도 거품의 계절별-지역별 분포는 저밀도 거품과 동일한 양상을 보이고 있으며, 고밀도 거품 내부의 수직 이동 방향, 성분 조성, 전자 온도 등은 저밀도 거품과 유사한 특징을 나타낸다. 따라서, 고밀도 거품은 저밀도 거품을 발생시키는 기작과 유사한 과정을 통해 하부 전리층으로부터 상부 전리층까지 운반된 플라즈마의 덩어리라고 할 수 있다.
