<div dir="ltr"><div>***************************</div><div>     THE GEM MESSENGER</div><div>***************************</div><div><br></div><div>Volume 27, Number 39</div><div>Aug.27,2017</div><div><br></div><div>Announcement submission website: <a href="http://aten.igpp.ucla.edu/gem/messenger_form/">http://aten.igpp.ucla.edu/gem/messenger_form/</a></div><div><br></div><div>============================================================</div><div>Table of Contents</div><div><br></div><div>1. 2017 GEM Workshop Report: The Magnetic Reconnection in the Magnetosphere Focus Group</div><div><br></div><div>============================================================</div><div><br></div><div>------------------------------------------------------------</div><div>1. 2017 GEM Workshop Report: The Magnetic Reconnection in the Magnetosphere Focus Group</div><div>------------------------------------------------------------</div><div>From: Paul Cassak, Andrei Runov, Brian Walsh, and Yi-Hsin Liu (Focus Group Leaders) (paul.cassak at <a href="http://mail.wvu.edu">mail.wvu.edu</a>)</div><div><br></div><div>In the final year of the Magnetic Reconnection in the Magnetosphere focus group, five sessions were convened at the summer workshop.  Two sessions were individual (with approximately 50 attendees each), one was joint with the “Dayside Kinetic Processes in Global Solar Wind-Magnetosphere Interaction” focus groups (approximately 33 attendees), and two were joint with the “Magnetic Reconnection in the Magnetosphere” focus group jointed with the “Tail Environment and Dynamics at Lunar Distances” and “Magnetotail Dipolarization and Its Effects on the Inner Magnetosphere” focus groups (approximately 83 attendees). Summaries of each session follow.  The co-chairs thank the members of the GEM community that helped make the focus group sessions an intellectually stimulating environment over the course of the last five years.</div><div><br></div><div>Session 1 – Joint with the “Tail Environment and Dynamics at Lunar Distances” and “Magnetotail Dipolarization and Its Effects on the Inner Magnetosphere” focus groups - Monday, June 19</div><div><br></div><div>These two joint sessions encouraged cross-focus group interaction and open ended discussion on the topics including the onset of tail reconnection, the role of cross-tail instabilities, the difference between the tailward and earthward reconnection jets/flux bundles, the interaction of dipolarization fronts with ambient plasmas.</div><div><br></div><div>Vassilis Angelopoulos kicked off the first session with a tutorial talk. Vassilis provided a broad view of the observation and modeling of the nightside phenomena and substorms. Topics include the ionospheric signature, substorm current wedge (SCW), near-Earth-neutral line, current disruption versus reconnection models, external-driven versus spontaneous onset, dipolarization fronts, and bursty-bulk flows (BBFs). In particular, Vassilis challenged global modelers for a quantitative assessment of the rate and intensity of BBFs, which brought up discussion on the time-scale difference of BBFs and the SCW. At the end of his talk, Vassilis suggested employing neural networks to conjoint statistics of occurrence rates and characteristics from multi-mission datasets.</div><div><br></div><div>Misha Sitnov described the internally driven (spontaneous) onset of magnetotail reconnection, which is only possible - in the case of electrons magnetized initially by the normal magnetic field - when that field has a region with a tailward gradient. 3D PIC simulations of the corresponding ion tearing instability show that its distinctive features are: 1) spontaneously generated earthward plasma flows that precede the topology change, 2) new Hall pattern, opposite to the classical quadrupole pattern near the X-line; and 3) new dissipation region (j*E’&gt;0) at the dipolarization front that may form before the X-line electron dissipation region.</div><div><br></div><div>Heli Hietala presented ARTEMIS two-spacecraft observations of reconnection in the presence of density asymmetry in the lunar distance magnetotail. The observations indicate the reconnection flow channel had a finite width, of the order of 5 Earth radii.  Andrei Runov discussed kinetic properties of earthward-contracting dipolarizing flux bundles (DFBs) observed by THEMIS in the near-Earth tail and tailward progressing rapid flux transport (RFTs) enhancements observed by THEMIS in the near-tail and by ARTEMIS at lunar orbit, respectively. The DFBs and RFTs are considered as earthward and tailward ejecta from near-Earth reconnection. It was shown that whereas DFBs interacts with near-tail plasma populations and particles within DFBs gain energy from the increasing magnetic field, the RFT particles do not interact with ambient field and plasma and keep the energy gained during reconnection. The plasma state within RFTs is close to isothermal.</div><div><br></div><div>Session 2 – Individual Session - Tuesday, June 20</div><div><br></div><div>The theme of this session was to discuss aspects of dayside magnetic reconnection, motivated both by Magnetospheric Multiscale (MMS) data and by comparisons between THEMIS observations and ionospheric signatures of dayside reconnection using SuperDARN.  Richard Denton started the session by spurring discussion of how to determine the boundary normal (LMN) coordinate system when using MMS data.  Observers should examine eigenvalue ratios, consistency with results using different time intervals and methods, and consistency with the geophysical context.  An interesting discussion followed of how the procedure is affected when there is a guide field or drift waves and other three-dimensional effects present</div><div>      </div><div>Rick Wilder then showed the first direct measurement of an electron jet from symmetric reconnection in the magnetosheath. Coincident with the jet was a parallel electric field channel which acted to heat electrons, and was associated with a streaming instability and electron phase space holes.  An interesting discussion of the meaning of negative J dot E followed.</div><div><br></div><div>Mike Shay discussed two- and three-dimensional particle-in-cell simulations of asymmetric guide field reconnection motivated by the 2015 Dec 08 MMS event (Burch Frontier event).  He showed that the strongest electron heating is upstream of the magnetospheric side of the x-line, was not due to particle mixing, and is not due to 3D effects. This is an interesting contrast to the 2015 Oct 16 (Science paper) event, which was shown by Le et al. to have significantly more heating in 3D than 2D.  The guide field also breaks the symmetry between the two exhausts, which affects where drift waves are expected to arise.</div><div><br></div><div>Ying Zou presented two recent results of her study of the ionospheric signatures of dayside reconnection.  First, she talked about efforts to infer the azimuthal spreading of magnetopause reconnection. Previous simulation studies addressed reconnection starting from a localized region and spreading in the out-of-plane direction, but whether this happens at Earth&#39;s dayside magnetopause has not been observed. Using THEMIS satellite data at the dayside magnetopause and SuperDARN radars at the conjugate ionosphere, she observed that reconnection does spread azimuthally in time and that the spreading speed is closer to the magnitude of magnetopause current carrier speed than the Alfven speed.  Second, she discussed the azimuthal width of magnetopause reconnection. She combined in-situ and remote-sensing observations to reliably determine the azimuthal width of magnetopause reconnection. She used two THEMIS satellites simultaneously at the Earth&#39;s magnetopause and SuperDARN radars at the conjugate ionosphere to find that reconnection is often a few-hundred km wide in the ionosphere and a few Earth radii wide at the magnetopause.</div><div><br></div><div>Session 3 – Individual Session - Wednesday, June 21</div><div><br></div><div>Approximately half of this session was devoted to new science, and half was devoted to wrapping up the current focus group and discussing potential directions for a future focus group.  Mike Shay presented kinetic PIC simulations of turbulence to determine x-line statistics. Spatial filters at the Debye length are much more effective than time averaging at removing spurious x-lines due to numerical noise. The average reconnection rate is 0.1. This could be relevant to magnetosheath reconnection.</div><div><br></div><div>Then, Joachim Birn presented a comparison of ion distributions earthward and tailward of the reconnection site, obtained by a combined MHD/test particle approach. While ions on the earthward side might experience multiple, Fermi or betatron-like, acceleration, leading to multiple beams and ring-like distributions, ions on the tailward side experience only single direct acceleration, adding a beam to an unperturbed population.</div><div><br></div><div>The potential directions for reconnection research within GEM was broad-based and truly a community effort. Rick Wilder led a discussion of topics that would be interesting in the next five years, including local waves and turbulence, kinetic differences as a function of the guide field strength, global physics including conjunctions with THEMIS, the impact of heavy ions, and energy partition during reconnection.  In addition to the new opportunities afforded by MMS and its expected conjunctions with THEMIS and other spacecraft, advances in capturing kinetic effects in global magnetospheric simulations will allow new studies and comparisons with the observational data.</div><div>      </div><div>Misha Sitnov led a discussion about another possible topic of interest: dissipation.  This is relevant to reconnection, but also more broadly to the GEM community since the magnetosphere is the main natural laboratory of collisionless plasmas. He said that understanding the collisionless dissipation remains one of the most compelling and mysterious problems in plasma physics. There are many questions that could be addressed, including: Is collisionless dissipation always linked to topology changes, and if not what are other prospective regions/mechanisms (e.g., dipolarization fronts)?  What is the role of turbulence in collisionless dissipation (e.g., at the magnetopause)?  How does dissipation depend on scales (ion/electron), composition, kinetic structure (velocity distributions)?  What is the role of dissipation in the energy conversion and transport in the geospace?</div><div><br></div><div>Session 4 – Joint with the “Dayside Kinetic Processes in Global Solar Wind-Magnetosphere Interaction” focus groups - Thursday, June 22</div><div><br></div><div>This session focused on topics of mutual interest between the two focus groups.  Andrey Samsonov presented an event in which a directional discontinuity characterized by a significant IMF Bz change from positive to negative (a southward turning) impacted the magnetosphere. He showed that the previously formed magnetic barrier near the magnetopause must be dissipated due to magnetosheath reconnection and this process increases the propagation time of the discontinuity through the subsolar magnetosheath up to 14 minutes.</div><div><br></div><div>Sanni Hoilijoki showed that the global hybrid-Vlasov simulation model Vlasiator can be used to investigate the proton velocity distribution functions close to the dayside magnetopause reconnection region. In addition to D-shaped distributions, evolution of more complicated structures can be studied. </div><div><br></div><div>Joo Hwang presented MMS observations of a series of ion-scale flux transfer events. Field and particle data indicate that the current layer between an old and a new X-line is unstable to the tearing instability, generating multiple FTEs.  Heli Hietala presented THEMIS observations of a magnetosheath high-speed jet triggering (local) magnetopause reconnection, as the high dynamic pressure jet compressed a thick but high-shear non-reconnecting magnetopause. These would be the first in situ observations of a process for which there has only been indirect evidence so far.</div><div><br></div><div>Future Directions</div><div><br></div><div>This was the final year for the Magnetic Reconnection in the Magnetosphere focus group.  The focus group activities and accomplishments will be summarized in a separate report. Thanks in a large part to the ongoing MMS mission and the expected conjunctions with other missions including THEMIS that will take place in the near future, we suspect that a new focus group on some aspect of magnetic reconnection would have no shortage avenues for future discussion.</div><div><br></div><div><br></div><div>========================================</div><div>The Geospace Environment Modeling (GEM) program is sponsored by the Division of Atmospheric and Geospace Sciences (AGS) of the National Science Foundation (NSF).</div><div><br></div><div>To broadcast announcements to the GEM community, please fill out the online request form at:</div><div><br></div><div><a href="http://aten.igpp.ucla.edu/gem/messenger_form/">http://aten.igpp.ucla.edu/gem/messenger_form/</a></div><div><br></div><div>To subscribe to the newsletter, please go to the web page at:</div><div><a href="http://lists.igpp.ucla.edu/mailman/listinfo/gem">http://lists.igpp.ucla.edu/mailman/listinfo/gem</a></div><div>(IMPORTANT: Do not use this web page to post announcements.)</div><div><br></div><div>For any other questions, please contact Peter Chi, GEM Communications Coordinator, at &lt;pchi at <a href="http://igpp.ucla.edu">igpp.ucla.edu</a>&gt;</div><div><br></div><div>URL of GEM Home Page:  <a href="http://aten.igpp.ucla.edu/gemwiki">http://aten.igpp.ucla.edu/gemwiki</a></div><div>Workshop Information:  <a href="http://www.cpe.vt.edu/gem/index.html">http://www.cpe.vt.edu/gem/index.html</a></div><div>========================================</div><div><br></div></div>