Υπόμνημα Επιστημονικών Δημοσιεύσεων

Δρ. Νικόλαος Σέργης Ακαδημία Αθηνών Γραφείο Διαστημικής Έρευνας & Τεχνολογίας και Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών Ινστιτούτο Αστροφυσικής, Αστρονομίας, Διαστημικών Εφαρμογών & Τηλεπισκόπησης Υπόμνημα Επιστημονικών Δημοσιεύσεων ΑΘΗΝΑ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 2017 Dr. Nick Sergis Academy of Athens Office of Space Research & Technology and National Observatory of Athens Institute of Astrophysics, Astronomy, Space Applications & Remote Sensing Synopsis of Scientific Publications ATHENS SEPTEMBER 2017

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝA Εισαγωγή και σύντομη ανάλυση... 3 Introduction... 7 Book Chapters... 11 Journal Publications... 14 Conference Proceedings... 67 2

Εισαγωγή και σύντομη ανάλυση Έχω συμμετάσχει ως κύριος συγγραφέας ή συν- συγγραφέας σε συνολικά 61 επιστημονικές εργασίες οι οποίες έχουν δημοσιευθεί μετά από κρίση (peer review process) και έχουν συγκεντρώσει συνολικά περισσότερες από 850 αναφορές (ISI/WoS, Σεπτέμβριος 2017). Οι επιστημονικές μου δημοσιεύσεις μπορούν να ομαδοποιηθούν ως εξής: 53 εργασίες δημοσιευμένες σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά με κριτές. Οι 3 πιο πρόσφατες εξ αυτών έχουν γίνει δεκτές και η διαδικασία δημοσίευσής τους βρίσκεται την παρούσα στιγμή (Σεπτέμβριος 2017) σε εξέλιξη (in press) και είναι διαθέσιμες αν ζητηθούν. 5 εργασίες σε πρακτικά διεθνών συνεδρίων, οι οποίες δημοσιεύθηκαν μετά από κρίση. 3 προσκεκλημένες εργασίες οι οποίες μετά από κρίση (peer review) απετέλεσαν κεφάλαια σε βιβλία εξειδικευμένου επιστημονικού περιεχομένου. Δύο από αυτές, οι Β2 και Β3 αποτελούν αναδημοσίευση των εργασιών J37 και J21. Οι 53 εργασίες μου σε διεθνή περιοδικά κατανέμονται όπως παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα, κατά φθίνουσα σειρά του δείκτη απήχησης (impact factor) των περιοδικών: Περιοδικό Δείκτης Aπήχησης Αριθμός Εργασιών Nature 43.769 1 Nature Physics 22.684 2 Space Science Reviews 7.497 2 The Astrophysical Journal 5.533 2 Geophysical Research Letters 4.253 12 Journal of Geophysical Research 3.426 21 Icarus 3.131 2 Solar Physics 2.682 3 Plasma Physics and Controlled Fusion 2.392 1 Experimental Astronomy 2.313 1 Planetary and Space Science 1.892 4 Annales Geophysicae 1.629 1 Astrophysics and Space Science 1.622 1 Από τις παραπάνω εργασίες, 30 έχουν δημοσιευθεί τα τελευταία 5 χρόνια (από το 2013) ενώ 15 τα τελευταία 2 χρόνια (2016-2017). Στα δύο γραφήματα που ακολουθούν παρουσιάζονται ο αριθμός δημοσιευμένων εργασιών κατ έτος και ο αριθμός των αντίστοιχων αναφορών επίσης κατ έτος (πηγή: ISI- Web of Science). Στα γραφήματα δεν συμπεριλαμβάνονται οι εργασίες που βρίσκονται υπό δημοσίευση (in- press). Από το πρώτο διάγραμμα γίνεται εμφανές ότι ο ρυθμός δημοσιευμένων εργασιών κινείται στις 6/έτος για τα τελευταία 5 χρόνια, με αυξητική τάση καθώς για το 2017 καταγράφονται ήδη 9 δημοσιεύσεις, όλες σε περιοδικά με κριτές (όχι πρακτικά συνεδρίων). Από το δεύτερο διάγραμμα προκύπτει η εξαιρετικά αυξητική τάση στην καταγεγραμμένη απήχηση των εργασιών στη διεθνή επιστημονική κοινότητα. Από το 2007 (ελάχιστα μετά την ένταξή μου στο Γραφείο Διαστημικής Έρευνας & Τεχνολογίας της Ακαδημίας Αθηνών) ο αριθμός των αναφορών στις εργασίες μου αυξάνεται σταθερά κάθε έτος, με τον αναμενόμενο αριθμός αναφορών να αγγιζει το 160 για το 2017 (ήταν 140 για το 2016). Να σημειωθεί τέλος ότι το χρονικό διάστημα 2004-2005 αντιστοιχεί στην εκπλήρωση της υποχρεωτικής στρατιωτικής μου θητείας. 3

Δρ. Ν. Σέργης, αριθμός δημοσιευμένων εργασιών κατ έτος. Δρ. Ν. Σέργης, αριθμός αναφορών κατ έτος. Στο μεγαλύτερο μέρος τους, οι δημοσιευμένες εργασίες μου αφορούν στην αξιοποίηση δεδομένων της αποστολής Cassini- Huygens (1997-2017) στον Κρόνο και τους δορυφόρους του. Η συγκεκριμένη αποστολή υπήρξε η μακροβιότερη σε κάποιο πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος εκτός της Γης και έδωσε την ευκαιρία στην επιστημονική κοινότητα να κατανοήσει σε βάθος φυσικούς μηχανισμούς και φαινόμενα για τα οποία μπορέσαμε να εξετάσουμε μια άγνωστη, συμπληρωματική πτυχή τους, σε ένα σύστημα αρκετά διαφορετικό από αυτό της Γης. Με τον τρόπο αυτό, η γνώση και η εμπειρία που αποκτήθηκαν από τη μελέτη του Κρόνου, του Τιτάνα και του Εγκέλαδου μεταφέρθηκαν στο σχεδιασμό των αποστολών προς το Δία (JUICE, Europa Clipper) αλλά και στη μελέτη του Ήλιου και του Γεωδιαστήματος. Ο μεγαλύτερος αριθμός των εργασιών μου έχουν δημοσιευθεί στα δύο σημαντικότερα περιοδικά του χώρου της Διαστημικής Φυσικής, το Journal of Geophysical Research (21 εργασίες) και το Geophysical Research Letters (12 εργασίες). Ανάμεσα ωστόσο στις δημοσιεύσεις που έχω συμμετάσχει, υπάρχουν αρκετές οι οποίες χαρακτηρίζονται ευρύτερου επιστημονικού ενδιαφέροντος, γι αυτό και δημοσιεύθηκαν σε περιοδικά που δεν ανήκουν στα τυπικά του πεδίου της πλανητικής και μαγνητοσφαιρικής φυσικής. Ενδεικτικά, οι εργασίες J44, J27 και J15 δημοσιεύθηκαν στα περιοδιά Nature και Nature Physics αντιστοίχως, γεγονός που καταδεικνύει υψηλό ενδιαφέρον ενός πολύ μεγάλου μέρους της διεθνούς επιστημονικής κοινότητας. Οι εργασίες J39 και J49 έχουν δημοσιευθεί στο περιοδικό Astrophysical Journal λόγω τους ευρύτερου αστροφυσικού ενδιαφέροντος που παρουσιάζουν, ενώ οι δημοσιεύσεις J1, J3, και J4, δημοσιευμένες 4

στο περιοδικό Solar Physics καταδεικνύουν την άρρηκτη σύνδεση ανάμεσα στη μελέτη ενός πλανητικού περιβάλλοντος και της ηλιακής δράσης. Τέλος, οι εργασίες Β1, Β2 και Β3 συνιστούν προσκεκλημένες συμμετοχές σε εργασίες (review papers) οι οποίες απετέλεσαν αυτόνομα κεφάλαια σε βιβλία που εξέδωσαν έγκριτοι εκδοτικοί οίκοι του χώρου (Springer, AGU- Wiley). Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της πλειοψηφίας των εργασιών είναι ότι στηρίζονται σε ανάλυση μετρήσεων από μεγάλο αριθμό οργάνων (αισθητήρων) συνδυάζοντας έτσι με βέλτιστο τρόπο την εξειδικευμένη πληροφορία που παρέχει μια διαστημική αποστολή. Σε αρκετές εργασίες μάλιστα γίνεται εκτεταμένη ανάλυση μετρήσεων (δεδομένα αρκετών έτων, σε αντιδιαστολή με case studies) με συνέπεια τα αποτελέσματά τους να αποκτούν ιδιαίτερη βαρύτητα και να έχουν εισαχθεί στη διεθνή βιβλιογραφία ως νέα βάση μελέτης, ειδικά για ομάδες που ασχολούνται με την κατασκευή υπολογιστικών μοντέλων και προσομοιώσεις. Ιδιαίτερα σημαντικό χαρακτηρίζεται επίσης το γεγονός ότι σε κάποιες από τις δημοσιεύσεις, ιδιαίτερα σε εκείνες που αναφέρομαι ως κύριος συγγραφέας, συνδυάζονται επιστημονικές απόψεις και προσεγγίσεις που ως εκείνη τη στιγμή θεωρούνταν σχεδόν ασύμβατες, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη αξιοποίηση των διαθέσιμων μετρήσεων. Χαρακτηριστικό παράδειγμα η δημοσίευση Β3 (κεφάλαιο σε βιβλίο AGU- Wiley), όπου, ανταποκρινόμενοι στην πρόσκλησή μου, συμμετείχαν ως συν- συγγραφείς διακεκριμένοι επιστήμονες του χώρου της ηλιοσφαιρικής φυσικής, με σχεδόν αντιδιαμετρικές απόψεις. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι ορισμένες από τις εργασίες, όπως οι J5, J6, J9, J12, J16, J18, J22, J24, J27, J38 οδήγησαν σε αναθεώρηση των απόψεων που κυριαρχούσαν ως τότε στη βιβλιογραφία σε σχέση με φαινόμενα και φυσικούς μηχανισμούς που παρατηρούνται στο ηλιακό μας σύστημα και έγιναν αμέσως αποδεκτές απο τη διεθνή επιστημονική κοινότητα. Αυτό προκύπτει και από τo μεγάλο πλήθος αναφορών που έχουν συγκεντρώσει οι συγκεκριμένες εργασίες. Ενδεικτικά, J16: 90 αναφορές, J6: 61 αναφορές, J22: 61 αναφορές, J9: 58 αναφορές, J5: 55 αναφορές (πηγή: ISI/WoS). Στη συνέχεια παρατίθενται εκείνες από τις εργασίες μου οι οποίες έχουν συγκεντρώσει περισσότερες από 50 ετεροαναφορές (ISI/WoS, Σεπτέμβριος 2017). Σε δύο από αυτές είμαι ο κύριος συγγραφέας, σε μία 2 ος και στις υπόλοιπες 4 ος ως 6 ος σε σύνολο τουλάχιστον 10-12 συγγραφέων: Εργασία [J5] Sergis, N., Krimigis, S. M., Mitchell, D. G., Hamilton, D. C., Krupp, N., Mauk, B. M., Roelof, E. C., and Dougherty, M.: Ring current at Saturn: Energetic particle pressure in Saturn's equatorial magnetosphere measured with Cassini/MIMI, Geophysical Research Letters, 34, 2007. Αριθμός ετεροαναφορών: 55 N. Sergis 1 ος από 8 συγγραφείς. Εργασία [J9] Sergis, N., Krimigis, S. M., Mitchell, D. G., Hamilton, D. C., Krupp, N., Mauk, B. H., Roelof, E. C., and Dougherty, M. K.: Energetic particle pressure in Saturn's magnetosphere measured with the Magnetospheric Imaging Instrument on Cassini, Journal of Geophysical Research- Space Physics, 114, 2009. Αριθμός ετεροαναφορών: 58 N. Sergis 1 ος από 8 συγγραφείς. Εργασία [J6] Krimigis, S. M., Sergis, N., Mitchell, D. G., Hamilton, D. C., and Krupp, N.: A dynamic, rotating ring current around Saturn, Nature, 450, 1050-1053, 2007. Αριθμός ετεροαναφορών: 60 N. Sergis 2 ος από 5 συγγραφείς (όλοι εκ των οποίων Co- I s οργάνων). Εργασία [J14] Masters, A., Achilleos, N., Kivelson, M. G., Sergis, N., Dougherty, M. K., Thomsen, M. F., Arridge, C. S., Krimigis, S. M., McAndrews, H. J., Kanani, S. J., Krupp, N., and Coates, A. J.: Cassini observations of a Kelvin- Helmholtz vortex in Saturn's outer magnetosphere, Journal of Geophysical Research- Space Physics, 115, 2010. Αριθμός ετεροαναφορών: 55 N. Sergis 4 ος από 12 συγγραφείς. 5

Εργασία [J16] Kanani, S., Arridge, C., Jones, G., Fazakerley, A., McAndrews, H., Sergis, N., Krimigis, S., Dougherty, M., Coates, A., Young, D., Hansen, K., Krupp, N.: A new form of Saturn's magnetopause using a dynamic pressure balance model, based on in situ, multi- instrument Cassini measurements, Journal of Geophysical Research- Space Physics, 115, 2010. Αριθμός ετεροαναφορών: 90 N. Sergis 6 ος από 12 συγγραφείς. Εργασία [J22] Masters, A., Eastwood, J., Swisdak, M., Thomsen, M., Russell, C., Sergis, N., Crary, F. J., Dougherty, M. K., Coates, A. J., and Krimigis, S. M.: The importance of plasma beta conditions for magnetic reconnection at Saturn's magnetopause, Geophysical Research Letters, 39, 2012. Αριθμός ετεροαναφορών: 61 N. Sergis 6 ος από 10 συγγραφείς. Ακολουθεί μια σύντομη παρουσίαση για κάθε δημοσίευση, η οποία περιλαμβάνει τα στοιχεία της εργασίας, την περίληψη (abstract) στην αγγλική γλώσσα και επιγραμματικό σχολιασμό στα ελληνικά. Οι εργασίες παρατίθενται σε φθίνουσα χρονολογική σειρά (από την πιο πρόσφατη προς την παλαιότερη) και κάθε μία συνοδεύεται από το χαρακτηριστικό της όνομα, όπως αυτό υπάρχει στη λίστα δημοσιεύσεων και στο όνομα του αντίστοιχου ηλεκτρονικού αρχείου (π.χ. Sergis J7 ). Χρησιμοποιείται το διακριτικό γράμμα J για τις δημοσιεύσεις σε περιοδικά (Journal papers), το B για κεφάλαια σε βιβλία (Book chapters) και το C για δημοσιεύσεις σε πρακτικά συνεδριών (Conference proceedings). Υπενθυμίζουμε ότι όλες οι εργασίες που περιέχονται στο παρόν υπόμνημα έχουν δημοσιευθεί μετά από κρίση. Σημείωση σχετικά με τον αριθμό των συγγραφέων σε εργασίες σχετικές με το Cassini: Σύμφωνα με τον εσωτερικό κανονισμό της αποστολής Cassini- Huygens (Cassini/Huygens Mission MAPS Discipline Working Group, Rules of the Road), κάθε ερευνητής ο οποίος σχεδιάζει ή εκπονεί μελέτη στην οποία χρησιμοποιούνται δεδομένα οργάνων της αποστολής, υποχρεούται να συμπεριλαμβάνει μεταξύ των συν- συγγραφέων της εργασίας τους επικεφαλής (PI) των αντίστοιχων οργάνων ή και συγκεκριμένους Co- Is που ο επικεφαλής θα υποδείξει. Ενδεικτικά, σε μια εργασία που χρησιμοποιεί μετρήσεις δεδομένων από τους 3 αισθητήρες ενεργητικών σωματιδίων (MIMI), από τους 2 μετρητές πλάσματος (CAPS), από το όργανο μέτρησης ραδιοκυμάτων (RPWS) και από το μαγνητόμετρο (MAG) του Cassini, θα πρέπει να συμπεριληφθούν τουλάχιστον 7 συν- συγγραφείς, πέραν των άμεσα εμπλεκόμενων στη ανάλυση και τη συγγραφή. 6

Introduction and brief analysis I have participated as a lead or contributing author in 61 scientific publications in total that have been published after been reviewed through a peer review process. The corresponding number of citations is over 850, as of September 2017 (ISI/WoS). My scientific publications can be grouped as follows: 53 papers published in international refereed scientific journals. The 3 most recent of them have been accepted for publication and are currently (September, 2017) in- press (available in a non- typeset form). 5 papers in proceedings of international conferences, that have been published after being peer reviewed. 3 invited papers that, after undergoing peer review, became chapters in scientific review books. Two of them, B2 and B2 are reprints of review journal papers J37 and J21. My 53 journal papers are distributed as seen in the following table in descending order of the journal impact factor: Journal Impact Factor Number of papers Nature 43.769 1 Nature Physics 22.684 2 Space Science Reviews 7.497 2 The Astrophysical Journal 5.533 2 Geophysical Research Letters 4.253 12 Journal of Geophysical Research 3.426 21 Icarus 3.131 2 Solar Physics 2.682 3 Plasma Physics and Controlled Fusion 2.392 1 Experimental Astronomy 2.313 1 Planetary and Space Science 1.892 4 Annales Geophysicae 1.629 1 Astrophysics and Space Science 1.622 1 Of the above journal papers, 30 have been published in the last 5 years (since 2013), and 15 during the last 2 years (2016-2017). In the two folowing graphs we present the number of published papers and the number of citations per year (source: ISI- Web of Science). The graphs do not include the in- press publications. From the first graph it becomes evident that the rate of published papers is around 6/year for the last 5 years, with an increasing trend, as for 2017 there are already 9 pubished papers, all in peer- review journal (not conference proceedings). The second graph illustrates the strongly increasing tendency of the documented impact of the corresponding papers in the international scientific community. Since 2007 (soon after joining the Office of Space Research & Technology) the number of citations to my papers increased steadily every year, with close to 160 expected citations for 2017 (was 140 for 2016). Finally, not that the period between 2004 and 2005 corresponds to my compulsory military service. 7

A significant part of my publications concern the exploitation of data from the Cassini- Huygens mission at Saturn and its moons (1997-2017), the longest- lived mission to a single planet beyond Earth. The Cassini mission offered us the opportunity to better understand a whole class of physical mechanisms, that, although present and relatively well studied in the Terrestrial environment, were never before studied in a system as uniquely different as the Saturnian. In this way, the knowledge and the experience gained from the study of Saturn, Titan and Enceladus were implemented in the design of the future missions to Jupiter (JUICE, Europa Clipper) but also benefited the study of the Sun and the Geospace. Most of my papers have been published in the two leading journals in the field of Space Physics, the Journal of Geophysical Research (21 papers) and the Geophysical Research Letters (12 papers). Among the papers I have co- authored there are, however, several that can be viewed as of broader scientific interest, and were published in journals other than those that are typical for planetary and magnetospheric physics. Indicatively, papers J44, J27 and J15 were published in Nature and Nature Physics respectively, suggestive of the increase interest from a large part of the scientific community. Papers J39 και J49 have been published in the Astrophysical Journal due to their broader astrophysical interest, while J1, J3, and J4, pubished in Solar Physics signify the inextricable link between the study of planetary environments and the solar activity. Finally, papers Β1, Β2 and Β3 were invited contributions to review papers that were subsequently included as individual chapters in books published by well- known publishing companies in the field (e.g. Springer, AGU- Wiley). 8

An important feature of the majority of my papers is that they are related to the combined analysis from a large number of instuments (sensors), exploiting in an optimum way the scientific information that a space mission can offer. Several of these works include massive data analysis (years worth of measurements as opposed to case studies). As a result, the corresponding conclusions have been widely accepted by the scientific community and have introduced novel, improved approaches, especially for colleagues working on computer modeling and simulations. It is also noteworthy that in some of the published works, in particular in those led by myself, different scientific views are brought together, extrapolating the data in a most creative manner. A typical example is publication B3 (chapter in an AGU- Wiley book), where well- known senior colleagues from the field of heliospheric physics, with very different views and long- term disagreements, accepted my invitation and participated as my co- authors in a review chapter. In addition, several of the studies I co- authored (e.g. J5, J6, J9, J12, J16, J18, J22, J24, J27, J38) led to the revision of existing scientific views and the formation of new understanding of phenomena and physical mechanisms operating in our solar system. That also becomes evident by the large number of citations these papers have received. Indicatively, J16: 90 citations, J6: 61 citations, J22: 61 citations, J9: 58 citations, J5: 55 citations (ISI/WoS, September, 2017). Below, you can find the list of the papers (6 in total) that I have co- authored and have received more than 50 citations (ISI/WoS, September 2017). In two of them I am the lead author, in one I am the second author and in the rest I am listed between 4 th and 6 th out of 10-12 co- authors. Paper [J5] Sergis, N., Krimigis, S. M., Mitchell, D. G., Hamilton, D. C., Krupp, N., Mauk, B. M., Roelof, E. C., and Dougherty, M.: Ring current at Saturn: Energetic particle pressure in Saturn's equatorial magnetosphere measured with Cassini/MIMI, Geophysical Research Letters, 34, 2007. Citations: 55 N. Sergis 1 st out of 8 co- authors. Paper [J9] Sergis, N., Krimigis, S. M., Mitchell, D. G., Hamilton, D. C., Krupp, N., Mauk, B. H., Roelof, E. C., and Dougherty, M. K.: Energetic particle pressure in Saturn's magnetosphere measured with the Magnetospheric Imaging Instrument on Cassini, Journal of Geophysical Research- Space Physics, 114, 2009. Citations: 58 N. Sergis 1 st out of 8 co- authors. Paper [J6] Krimigis, S. M., Sergis, N., Mitchell, D. G., Hamilton, D. C., and Krupp, N.: A dynamic, rotating ring current around Saturn, Nature, 450, 1050-1053, 2007. Citations: 60 N. Sergis 2 nd out of 5 co- authors (all of which are instrument Co- I s). Paper [J14] Masters, A., Achilleos, N., Kivelson, M. G., Sergis, N., Dougherty, M. K., Thomsen, M. F., Arridge, C. S., Krimigis, S. M., McAndrews, H. J., Kanani, S. J., Krupp, N., and Coates, A. J.: Cassini observations of a Kelvin- Helmholtz vortex in Saturn's outer magnetosphere, Journal of Geophysical Research- Space Physics, 115, 2010. Citations: 55 N. Sergis 4 th out of 12 co- authors. Paper [J16] Kanani, S., Arridge, C., Jones, G., Fazakerley, A., McAndrews, H., Sergis, N., Krimigis, S., Dougherty, M., Coates, A., Young, D., Hansen, K., Krupp, N.: A new form of Saturn's magnetopause using a dynamic pressure balance model, based on in situ, multi- instrument Cassini measurements, Journal of Geophysical Research- Space Physics, 115, 2010. Citations: 90 N. Sergis 6 th out of 12 co- authors. 9

Paper [J22] Masters, A., Eastwood, J., Swisdak, M., Thomsen, M., Russell, C., Sergis, N., Crary, F. J., Dougherty, M. K., Coates, A. J., and Krimigis, S. M.: The importance of plasma beta conditions for magnetic reconnection at Saturn's magnetopause, Geophysical Research Letters, 39, 2012. Citations: 61 N. Sergis 6 th out of 10 co- authors. In what follows, we provide a short description for every publication that includes the paper s information, its abstract and a short comment in greek. The papers are listed in reverse chronological order (most recent to oldest) and each one comes with an identificator same to the one it has in the publication list and in the publication s electronic folder (e.g. Sergis J7). We use the letter J for Journal papers, B for Book chapters and C for Conference proceedings. All papers included in this synopsis have been published after being peer reviewed. Note on the number of co- authors in Cassini related papers: In compliance to the Cassini/Huygens Mission MAPS Discipline Working Group, Rules of the Road, when data from an instrument is used in a correlative study, the instrument PI responsible for the data must be invited to participate in the study. The PI and collaborators from the data- providing instrument should be invited, to be co- authors of any resulting publication or presentation. Indicatively, a study utilizing data from Cassini/MIMI, CAPS, RPWS and MAG would have to include at least 7 additional co- authors in the corresponding paper, apart from those that have actively contributed to the analysis. 10

BOOK CHAPTERS [Sergis B3] Chapter title: The Ring Current of Saturn Book title: Authors: Editors: Publisher: Electric Currents in Geospace and Beyond N. Sergis, E. J. Bunce, J. F. Carbary, S. W. H. Cowley, X. Jia, D. C. Hamilton, S. M. Krimigis, D. G. Mitchell, M. K. Dougherty A. Keiling, O. Marghitu and M. Wheatland AGU- Wiley The chapters of this book do not have abstracts. 11

[Sergis B2] Chapter title: Sources of Local Time Asymmetries in Magnetodiscs Book title: The Magnetodiscs and Aurorae of Giant Planets Authors: Arridge C. S., M. Kane, N. Sergis, K. K. Khurana, C. M. Jackman Editors: K. Szego, N. Achilleos, C. Arridge, S. Badman, P. Delamere, D. Grodent, M. Kivelson, P. Louarn Publisher: Springer The rapidly rotating magnetospheres at Jupiter and Saturn contain a near- equatorial thin current sheet over most local times known as the magnetodisc, resembling a wrapped- up magnetotail. The Pioneer, Voyager, Ulysses, Galileo, Cassini and New Horizons spacecraft at Jupiter and Saturn have provided extensive datasets from which to observationally identify local time asymmetries in these magnetodiscs. Imaging in the infrared and ultraviolet from ground and space- based instruments have also revealed the presence of local time asymmetries in the aurora, which therefore must map to local time asymmetries in the magnetosphere. Asymmetries are found in (i) the configuration of the magnetic field and magnetospheric currents, where a thicker disc is found in the noon and dusk sectors; (ii) plasma flows where the plasma flow has local time- dependent radial components; (iii) a thicker plasma sheet in the dusk sector. Many of these features are also reproduced in global MHD simulations. Several models have been developed to interpret these various observations and typically fall into two groups: ones which invoke coupling with the solar wind (via reconnection or viscous processes) and ones which invoke internal rotational processes operating inside an asymmetrical external boundary. In this paper we review these observational in situ findings, review the models, which seek to explain them, and highlight open questions and directions for future work. Η εργασία αυτή περιλαμβάνεται ως κεφάλαιο στο βιβλίο The Magnetodiscs and Aurorae of Giant Planets, το οποίο αποτελεί το συγκεντρωτικό αποτέλεσμα ομάδας εργασίας στο International Space Science Institute. Το βιβλίο παρουσιάζει τις πιο σύγχρονες απόψεις αλλά και τα ανοικτά ερωτήματα στο πεδίο των μαγνητοδίσκων και του σέλαος στους γίγαντες πλανήτες. Η προσέγγιση γίνεται με βάση τα ως τώρα αποτελέσματα από όλες τις διαστημικές αποστολές προς τους εξωτερικούς πλανήτες (Pioneer, Voyager, Ulysses, Galileo, Cassini, New Horizons), ενώ τα αποτελέσματα σχολιάζονται σε αντιπαραβολή με όσα γνωρίζουμε για τη Γη. Το συγκεκριμένο κεφάλαιο εστιάζει στις αζιμουθιακές ασυμμετρίες που εμφανίζουν οι μαγνητοδίσκοι των γρήγορα περιστρεφόμενων πλανητών. Εξετάζονται οι μηχανισμοί δημιουργίας, ενίσχυσης και διατήρησης αυτών των ασυμμετριών, ενώ προτείνονται και τρόποι προσομοίωσής τους. Η συμμετοχή στη συγκεκριμένη ομάδα μελέτης και στο βιβλίο ήταν κατόπιν πρόσκλησης. 12

[Sergis B1] Chapter title: Upstream of Saturn and Titan Book title: Authors: Editor: Publisher: The Plasma Environment of Venus, Mars, and Titan Arridge, C. S., N. Andre, C. Bertucci, P. Garnier, C. Jackman, Z. Nemeth, A. Rymer, N. Sergis, K. Szego, A. J. Coates, F. Crary K. Szego Springer The formation of Titan's induced magnetosphere is a unique and important example in the solar system of a plasma- moon interaction where the moon has a substantial atmosphere. The field and particle conditions upstream of Titan are important in controlling the interaction and also play a strong role in modulating the chemistry of the ionosphere. In this paper we review Titan's plasma interaction to identify important upstream parameters and review the physics of Saturn's magnetosphere near Titan's orbit to highlight how these upstream parameters may vary. We discuss the conditions upstream of Saturn in the solar wind and the conditions found in Saturn's magnetosheath. Statistical work on Titan's upstream magnetospheric fields and particles are discussed. Finally, various classification schemes are presented and combined into a single list of Cassini Titan encounter classes, which is also used to highlight differences between these classification schemes. Η εργασία αυτή περιλαμβάνεται ως κεφάλαιο στο βιβλίο The Plasma Environment of Venus, Mars, and Titan το οποίο αποτελεί το συγκεντρωτικό αποτέλεσμα ομάδας εργασίας στο International Space Science Institute. Το βιβλίο μελετά συγκριτικά το περιβάλλον (πλάσματος και μαγνητικού πεδίου) μέσα το οποίο κινούνται η Αφροδίτη, ο Άρης και ο Τιτάνας, καθώς και τα χαρακτηριστικά της αντίστοιχης αλληλεπίδρασης των τριών σωμάτων με το πλάσμα που τα περιβάλλει. Το συγκεκριμένο κεφάλαιο εστιάζει στις ειδικές συνθήκες που συναντά ο Τιτάνας στην κίνησή του γύρω από τον Κρόνο, καθώς μπορεί να βρεθεί στη μαγνητόπαυση ή το μαγνητοφλοιό του πλανήτη, αλλά και - σπανιότερα - στον ηλιακό άνεμο. Η ποικιλομορφία αυτή, όντας μοναδική στο ηλιακό μας σύστημα, προσφέρει ένα εξαιρετικό, όσο και σπάνιο, εργαστήριο μελέτης της αλληλεπίδρασης του Ήλιου με αντικείμενα του ηλιακού μας συστήματος. Η συμμετοχή στη συγκεκριμένη ομάδα μελέτης και στο βιβλίο ήταν κατόπιν πρόσκλησης. 13

JOURNAL PUBLICATIONS [Sergis J53] A Single Deformed Bow Shock for Titan- Saturn System. Authors: Omidi, N., Sulaiman, A., Kurth, W., Madanian, H., Cravens, T., Sergis, N., Dougherty, M., Edberg, N. Publication: Journal of Geophysical Research- Space Physics, in- press. During periods of high solar wind pressure, Saturn s bow shock is pushed inside Titan s orbit exposing the moon and its ionosphere to the solar wind. The Cassini spacecraft s T96 encounter with Titan occurred during such a period and showed evidence for shocks associated with Saturn and Titan. It also revealed the presence of two foreshocks: one prior to the closest approach (foreshock- 1) and one after (foreshock- 2). Using electromagnetic hybrid (kinetic ions, fluid electrons) simulations and Cassini observations we show that the origin of foreshock- 1 is tied to the formation of a single deformed bow shock for the Titan- Saturn system. We also report for the first time, the observations of spontaneous hot flow anomalies (SHFAs) in foreshock- 1 making Saturn the fourth planet this phenomenon has been observed and indicating its universal nature. The results of hybrid simulations also show the generation of oblique fast magnetosonic waves upstream of the outbound Titan bow shock in agreement with the observations of large amplitude magnetosonic pulsations in foreshock- 2. We also discuss the implications of a single deformed bow shock for new particle acceleration mechanisms and also Saturn s magnetopause and magnetosphere. Η εργασία αυτή επιχειρεί να παραμετροποιήσει και να περιγράψει με ρεαλιστικό τρόπο την παραμόρφωση του κρουστικού κύματος του Κρόνου, όταν αυτό αλληλεπιδρά (συγκρούεται) με τον Τιτάνα και την ιονόσφαιρά του. Αυτό συμβαίνει όταν, εξαιτίας αυξημένης πίεσης του ηλιακού ανέμου, ο Τιτάνας βρίσκεται παροδικά έξω από τη μαγνητόσφαιρα του Κρόνου. Η εργασία στηρίζεται σε μετρήσεις μαγνητικού πεδίου και πλάσματος από το Cassini και στην κατασκευή ενός μαγνητοϋδροδυναμικού μοντέλου το οποίο περιγράφει τη δομή και τη χρονική εξέλιξη των επιμέρους περιοχών αλληλεπίδρασης μεταξύ Κρόνου, Τιτάνα και ηλιακού ανέμου. Η συνδυασμένη αυτή αλληλεπίδραση είναι μοναδική στο ηλιακό μας σύστημα, και αποτελεί ένα σπάνιο εργαστήριο μελέτης μηχανισμών επιτάχυνσης φορτισμένων σωματιδίων και αλληλεπίδρασης κυμάτων και σωματιδίων (wave- particle interaction). 14

[Sergis J52] Authors: Relativistic electron transport and acceleration at the outer planets: insights from the response of Saturn's radiation belts to magnetospheric storms. Roussos, E., Kollmann, P., Krupp, N., Paranicas, C., Dialynas, K., Sergis, N., Mitchell, D. G., Krimigis, S. M., Hamilton, D. C. Publication: Icarus, in- press. The short, 7.2- day period of Cassini s Ring Grazing Orbits (RGO) provided an opportunity to monitor how fast the effects of an intense magnetospheric storm- time period (days 336-343/2016) propagated into Saturn s electron radiation belts. Following the onset of the storms, Cassini s MIMI/LEMMS instrument detected a transient extension of the electron radiation belts into the inner ring current region. In subsequent orbits, the transient component moved towards the inner radiation belts, intensifying them in the process. The electron belt enhancement decayed fast possibly due to the transport of MeV electrons onto the planet s main rings, where they get absorbed instantaneously. Surprisingly, all this cycle was completed within four RGOs, amounting to ~29 days. That is significantly faster than the year- long time scales of Saturn s proton radiation belt evolution. In order to explain this difference, we propose a model where electron radial transport is in part controlled by variable, global scale electric fields. Such electric fields may distort significantly the orbits of local time stationary electrons that cancel out corotation due to their westward gradient and curvature drifts (resonant electrons). That allows any additional, non- corotational electric field components to dominate the electrons motion and to transport them radially between the inner ring current and the radiation belts within a matter of days or weeks, during which the electrons also get heated adiabatically. The same electric fields will have negligible impact on the radial transport of MeV proton as their magnetic drifts enforce corotation such that a resonance cannot form. Our model s feasibility is demonstrated through the use of a simple test- particle simulation, where we estimate that uniform but variable electric fields with a magnitude lower that 1.0 mv/m can lead to an efficient transport of resonant electrons. Such electric fields have been consistently measured in the magnetosphere, either through the direct detection of the corresponding radial plasma flows or by the identification of energetic electron microsignatures that are offset with respect to the L- shell (L) of the moon that formed them. As during the RGOs Cassini crossed the L- shells of Janus and Epimetheus (J/E) at L~2.5, we have detected a series of offset microsignatures which establish that global electric fields are constantly present in the innermost magnetosphere such that the process described may also control the rapid loss of electrons by transporting them rapidly onto the main rings of Saturn, the outer edge of which is at L~2.27. An additional important aspect is that corotation resonance at Saturn occurs for electrons of few hundred kev to several MeV, which are the characteristic energies of seed electrons in the ring current that populate the radiation belts. At Jupiter the electron resonant energies are >10 MeV, meaning that the model could in principle lead to rapid transport and adiabatic acceleration of ultra- relativistic electrons. The observation of a jovian acceleration event at the distance of Ganymede during Galileo s C22 orbit, when >11 MeV electron flux was preferentially enhanced, provides additional support to our transport model and insights on the origin of this highly unusual and extreme energetic electron environment observed during that time. Η εργασία αυτή μελετά την επίδραση που είχε μία ισχυρή μαγνητοσφαιρική καταιγίδα στο σύστημα του Κρόνου και ειδικότερα στις ζώνες ακτινοβολίας ηλεκτρονίων του πλανήτη. Η μελέτη εστιάζει σε ηλεκτρόνια τα οποία έχουν κατάλληλες τιμές ενέργειας ώστε η κίνησή τους (ειδικά κατά την ακτινική διεύθυνση) να επηρεάζεται από τα ηλεκτρικά πεδία που χαρακτηρίζουν την μαγνητόσφαιρα του πλανήτη. Τα ηλεκτρικά αυτά πεδία επιβεβαιώνονται από την ακτινική διάχυση των ηλεκτρονίων μέσα στις κενές περιοχές απορρόφησης που δημιουργούνται κατά μήκος της κίνησης των δορυφόρων του Κρόνου. Η μελέτη στηρίζεται σε μετρήσεις του Cassini από το τελευταίο στάδιο της αποστολής του. Η εργασία επιχειρεί να αναπαράγει τις παρατηρήσεις με τη χρήση ενός απλού υπολογιστικού μοντέλου για την κίνηση των ηλεκτρονίων προκειμένουν να υπολογιστούν τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού πεδίου, ενώ τα αποτελέσματα συγκρίνονται με αντίστοιχες παρατηρήσεις του διαστημοπλοίου Galileo από την περιοχή του Δία. 15

[Sergis J51] Authors: Mechanisms of Saturn s near- noon transient aurora: in- situ evidence from Cassini measurements, Geophysical Research Letters. Yao, Z. H., Radioti, A., Rae, I. J., Liu, J., Grodent, D., Ray, L. C., Badman, S. V., Coates, A. J., Gérard, J. C., Waite, J. H., Yates, J. N., Shi, Q. Q., Wei, Y., Bonfond, B., Dougherty, M. K., Roussos, E., Sergis, N. Publication: Geophysical Research Letters, in- press. Although auroral emissions at giant planets have been observed for decades, the physical mechanisms of aurorae at giant planets remain unclear. One key reason is the lack of simultaneous measurements in the magnetosphere while remote sensing of the aurora. We report a dynamic auroral event identified with the Cassini Ultraviolet Imaging Spectrograph (UVIS) at Saturn on 13 July 2008 with coordinated measurements of the magnetic field and plasma in the magnetosphere. The auroral intensification was transient, only lasting for 30 minutes. The magnetic field and plasma are perturbed during the auroral intensification period. We suggest that this intensification was caused by plasma wave generated field- aligned currents, and we propose two potential mechanisms for the generation of this plasma wave and the transient auroral intensification. Τον Ιούλιο του 2008 το Cassini είχε τη σπάνια ευκαιρία να καταγράψει την απότομη και μικρής διάρκειας ενίσχυση του σέλαος του Κρόνου, τόσο με εξ αποστάσεως απεικόνιση (κάμερα υπεριώδους) όσο και με επιτόπιες μετρήσεις των σχετιζόμενων ηλεκτρικών ρευμάτων και του μαγνητικού πεδίου. Η εργασία αναλύει συνδυαστικά τις καταγραφές αυτές και περιγράφει την ενίσχυση του σέλαος και τη δημιουργία ισχυρών field aligned ρευμάτων με μοναδικό τρόπο, αφού συνδυάζονται μετρήσεις τοπικές αλλά και από απόσταση, παρότι η παρατήρηση γίνεται από ένα μόνο διαστημόπλοιο. 16

[Sergis J50] Large- scale solar wind flow around Saturn's non- axisymmetric magnetosphere. Authors: Sulaiman A. H., Jia, X., Achilleos, N., Sergis, N., Gurnett, D. A., Kurth, W. S. Publication: Journal of Geophysical Research- Space Physics, 122, doi: 10.1002/2017JA024595, 2017. The interaction between the solar wind and a magnetosphere is central to the dynamics of a planetary system. Here we address fundamental questions on the large- scale magnetosheath flow around Saturn using a 3- D magnetohydrodynamic (MHD) simulation. We find Saturn's polar- flattened magnetosphere to channel ~20% more flow over the poles than around the flanks at the terminator. Further, we decompose the MHD forces responsible for accelerating the magnetosheath plasma to find the plasma pressure gradient as the dominant driver. This is by virtue of a high- β magnetosheath and, in turn, the high- M A bow shock. Together with long- term magnetosheath data by the Cassini spacecraft, we present evidence of how nonaxisymmetry substantially alters the conditions further downstream at the magnetopause, crucial for understanding solar wind- magnetosphere interactions such as reconnection and shear flow- driven instabilities. We anticipate our results to provide a more accurate insight into the global conditions upstream of Saturn and the outer planets. Η συγκεκριμένη εργασία μελετά τη ροή του επιβραδυμένου ηλιακού ανέμου γύρω από μια μαγνητόσφαιρα όπως αυτές των γιγάντων πλανητών. Η συνδυασμένη χρήση μετρήσεων του Cassini και ενός τρισδιάστατου μαγνητοϋδροδυναμικού υπολογιστικού μοντέλου οδηγεί στο αποτέλεσμα ότι η ροή γύρω από την μαγνητόσφαιρα είναι ασύμμετρη, και πιο συγκεκριμένα ενισχυμένη πάνω από τις πολικές περιοχές και μικρότερη στο ισημερινό επίπεδο. Η ασυμμετρία αυτή επηρεάζει και την περιοχή στη μαγνητοουρά με συνέπειες στην μαγνητική επανασύνδεση που συμβαίνει εκεί. Η χαρτογράφηση της ροής του ηλιακού ανέμου γύρω από τις μανγητόσφαιρες των γιγάντων πλανητών (οι οποίοι μάλιστα χαρακτηρίζονται και από γρήγορη περιστροφή) είναι εξαιρετικά σημαντική προκειμένου να γίνουν κατανοητά φαινόμενα που παρατηρούμε σε όλη την έκταση της μαγνητόσφαιράς τους. 17

[Sergis J49] An in situ Comparison of Electron Acceleration at Collisionless Shocks under Differing Upstream Magnetic Field Orientations Authors: Masters, A.; Sulaiman, A. H.; Stawarz, Ł.; Reville, B.; Sergis, N.; Fujimoto, M.; Burgess, D.; Coates, A. J.; Dougherty, M. K. Publication: The Astrophysical Journal, Volume 843, Issue 2, article id. 147, 9 pp. (2017). A leading explanation for the origin of Galactic cosmic rays is acceleration at high- Mach number shock waves in the collisionless plasma surrounding young supernova remnants. Evidence for this is provided by multi- wavelength non- thermal emission thought to be associated with ultrarelativistic electrons at these shocks. However, the dependence of the electron acceleration process on the orientation of the upstream magnetic field with respect to the local normal to the shock front (quasi- parallel/quasi- perpendicular) is debated. Cassini spacecraft observations at Saturn s bow shock have revealed examples of electron acceleration under quasi- perpendicular conditions, and the first in situ evidence of electron acceleration at a quasi- parallel shock. Here we use Cassini data to make the first comparison between energy spectra of locally accelerated electrons under these differing upstream magnetic field regimes. We present data taken during a quasi- perpendicular shock crossing on 2008 March 8 and during a quasi- parallel shock crossing on 2007 February 3, highlighting that both were associated with electron acceleration to at least MeV energies. The magnetic signature of the quasi- perpendicular crossing has a relatively sharp upstream- downstream transition, and energetic electrons were detected close to the transition and immediately downstream. The magnetic transition at the quasi- parallel crossing is less clear, energetic electrons were encountered upstream and downstream, and the electron energy spectrum is harder above ~100 kev. We discuss whether the acceleration is consistent with diffusive shock acceleration theory in each case, and suggest that the quasi- parallel spectral break is due to an energy- dependent interaction between the electrons and short, large- amplitude magnetic structures. Μια προτεινόμενη εξήγηση για την προέλευση των γαλαξιακών κοσμικών ακτίνων είναι η επιτάχυνση σε κρουστικά κύματα υπερκαινοφανών. Ωστόσο, είναι ακόμη αφαφής η εξάρτηση της επιτάχυνσης ηλεκτρονίων από τον προσανατολισμό του μαγνητικού πεδίου σε σχέση με τη γεωμετρία του κρουστικού κύματος. Στην παρούσα εργασία γίνεται σύγκριση ανάμεσα στους μηχανισμούς επιτάχυνσης ηλεκτρονίων κάτω από διαφορετικές συνθήκες προσανατολισμού του κρουστικού κύματος (quasi- parallel/quasi- perpendicular). Η τοπική επιτάχυνση ηλεκτρονίων σε σχετικιστικές ενέργειες είναι ένα εξαιρετικά ενδιαφέρον φαινόμενο, που εμφανίζεται και μελετάται σε ποικίλες χωρικές κλίμακες. Στηριζόμενοι σε δεδομένα από διάβαση του κρουστικού κύματος του Κρόνου το Μάρτιο του 2008, εξετάζουμε σε ποιο βαθμό οι υπάρχουσες θεωρίες επιτάχυνσης φορτισμένων σωματιδίων σε κύματα κρούσης (e.g. diffusive shock acceleration) είναι συμβατές με τα αποτελέσματα. Η εργασία αυτή αποτελεί ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα εφαρμογής (αλλά και ελέγχου) γενικευμένων θεωριών επιτάχυνσης φορτισμένων σωματιδίων σε εντελώς διαφορετικά περιβάλλοντα (υπερκαινοφανείς- πλανητικές μαγνητόσφαιρες) και καταδεικνύει πόσο σημαντικά αποτελέσματα μπορούν να προκύψουν από τη συγκριτική ανάλυση αστρονομικών και πλανητικών μετρήσεων. 18

[Sergis J48] Diamagnetic depression observations at Saturn s magnetospheric cusp by the Cassini spacecraft Authors: Jasinski, J. M., C. S. Arridge, A. J. Coates, G. H. Jones, N. Sergis, M. F. Thomsen, N. Krupp Publication: Journal of Geophysical Research: Space Physics, Volume 122, Issue 1, pp. 393-416 The magnetospheric cusp is a region where shocked solar wind plasma can enter a planetary magnetosphere, after magnetic reconnection has occurred at the dayside magnetopause or in the lobes. The dense plasma that enters the high- latitude magnetosphere creates diamagnetic effects whereby a depression is observed in the magnetic field. We present observations of the cusp events at Saturn s magnetosphere where these diamagnetic depressions are found. The data are subtracted from a magnetic field model, and the calculated magnetic pressure deficits are compared to the particle pressures. A high plasma pressure layer in the magnetosphere adjacent to the cusp is discovered to also depress the magnetic field, outside of the cusp. This layer is observed to contain energetic He++ (up to 100 kev) from the solar wind as well as heavy water group ions (W+) originating from the moon Enceladus. We also find a modest correlation of diamagnetic depression strength to solar wind dynamic pressure and velocity; however, unlike at Earth, there is no correlation found with He++ counts. Η παρούσα εργασία μελετά την περιοχή απ όπου ο επιβραδυμένος ηλιακός άνεμος μπορεί να εισέλθει σε μια πλανητική μαγνητόσφαιρα, μετά από μαγνητική επανασύνδεση σε χαμηλότερα πλάτη, γνωστό στη διεθνή βιβλιογραφία ως magnetospheric cusp. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζεται η μαγνητική διαταραχή που προκαλούν το πυκνό εισερχόμενο πλάσμα, αλλά κυρίως τα υψηλής ενέργειας μαγνητοσφαιρικά ιόντα. Τα αποτελέσματα έχουν γενικότερο ενδιαφέρον καθώς η περιοχή αυτή είναι κοινή σε όλους τους πλανήτες που διαθέτουν μαγνητικό πεδίο, συμπεριλαμβανομένης φυσικά και της Γης. Η συγκεκριμένη εργασία επιλέχθηκε για να προβληθεί μέσα στις ιστοσελίδες των Journal of Geophysical Research (JGR), και Earth and Space Science News (EOS). 19

[Sergis J47] Spinning, breathing, and flapping: Periodicities in Saturn's middle magnetosphere Authors: Ramer, K. M.; Kivelson, M. G.; Sergis, N.; Khurana, K. K.; Jia, X. Publication: Journal of Geophysical Research: Space Physics, Volume 122, Issue 1, pp. 393-416 (JGRA Homepage) In Saturn's magnetosphere, ubiquitous fluctuations with a period of 10.7 h have been observed in Saturn kilometric radiation (SKR), auroral emissions, the magnetic field, the electron density, and energetic particle fluxes. Here we characterize previously unstudied periodicities in plasma properties inside of 15 R S near the equatorial plane. Although periodically varying magnetic perturbations rotate relatively smoothly (spinning), plasma properties do not. The phase of the peak value of plasma density or pressure perturbations can change substantially across a few hours of local time or R S. As a means of interpreting observations, we use a magnetohydrodynamic simulation that generates field- aligned currents centered at 70 invariant latitude in Saturn's southern ionosphere and rotating at the SKR period. The simulation reproduces many periodic features of the data including not only spinning perturbations but also global- scale compression and expansion (breathing). Simulated plasma properties are also modulated by periodic large- scale north- south motion (flapping) in regions beyond 15 Saturn radii (R S), which we do not analyze here. Inside of 15 R S, plasma responds to a superposition of spinning and breathing at the spin period, developing perturbations that peak at different phases depending on what is measured and where. Strong compressional effects act impulsively over a limited range of rotation phase. Superposition of local and global- scale variations produces phase jumps across short distances and can introduce multiple peaks in the variation of plasma properties within one rotation period, accounting for anomalies in the phase dependence of periodic fluctuations identified in the sparse data available. Η εργασία αυτή αποτελεί ουσιαστικά τη διδακτορική διατριβή της Kate Ramer, η οποία έγινε υπό την επίβλεψη της M. Kivelson στο πανεπιστήμιο UCLA. Εξετάζεται διεξοδικά η περιοδική συμπεριφορά του μαγνητικού πεδίου και των χαρακτηριστικών του μαγνητοσφαιρικού πλάσματος του Κρόνου. Η μελέτη συνδυάζει μετρήσεις πλάσματος, μαγνητικού πεδίου, καταγραφές ραδιοεκπομπών και τη χρήση ενός μαγνητοϋδροδυναμικού μοντέλου που αναπαράγει τα μετρούμενα μεγέθη, θεωρώντας ότι στο νότιο ημισφαίριο του πλανήτη υπάρχει μια ισχυρή ιονοσφαιρική διαταραχή (δίνη) που συμπεριστρέφεται με τον πλανήτη. Το μοντέλο διακρίνει και αναπαράγει με ακρίβεια τρεις διακριτές περιοδικές μεταβολές στη μαγνητόσφαιρα οι οποίες αποδίδονται με τους όρους spinning, breathing και flapping και σχετίζονται αντιστοίχως με την περιστοφή του πλανήτη, την απόκρισή του στην εξωτερική πίεση του ηλιακού ανέμου και στην ταλάντωση του φύλλου πλάσματος σε διεύθυνση κάθετα στο ισημερινό επίπεδο. Η αναγνώριση και επιμέρους μελέτη των παραπάνω περιοδικών κινήσεων, αποτελεί ως σήμερα την πληρέστερη περιγραφή της περιοδικής συμπεριφοράς της μαγνητόσφαιρας. 20

[Sergis J46] Radial and local time structure of the Saturnian ring current, revealed by Cassini Authors: Sergis, N.; Jackman, C. M.; Thomsen, M. F.; Krimigis, S. M.; Mitchell, D. G.; Hamilton, D. C.; Dougherty, M. K.; Krupp, N.; Wilson, R. J. Publication: Journal of Geophysical Research: Space Physics, Volume 122, Issue 2, pp. 1803-1815, 2017. We analyze particle and magnetic field data obtained between July 2004 and December 2013 in the equatorial magnetosphere of Saturn, by the Cassini spacecraft. The radial and local time distribution of the total (thermal and suprathermal) particle pressure and total plasma beta (ratio of particle to magnetic pressure) over radial distances from 5 to 16 Saturn radii (R S = 60,258 km) is presented. The average azimuthal current density J ϕ and its separate components (inertial, pressure gradient, and anisotropy) are computed as a function of radial distance and local time and presented as equatorial maps. We explore the relative contribution of different physical mechanisms that drive the ring current at Saturn. Results show that (a) the particle pressure is controlled by thermal plasma inside of 8 R S and by the hot ions beyond 12 R S, exhibiting strong local time asymmetry with higher pressures measured at the dusk and night sectors; (b) the plasma beta increases with radial distance and remains >1 beyond 8-10 R S for all local times; (c) the ring current is asymmetric in local time and forms a maximum region between 7 and 13 R S, with values up to 100-115 pa/m 2 ; and (d) the ring current is inertial everywhere inside of 7 R S, exhibits a mixed nature between 7 and 11 R S and is pressure gradient driven beyond 11 R S, with the exception of the noon sector where the mixed nature persists. In the dawn sector, it appears strongly pressure gradient driven for a wider range of radial distance, consistent with fast return flow of hot, tenuous magnetospheric plasma following tail reconnection. Η εργασία αυτή αποτελεί το επιστέγασμα της μελέτης του δακτυλιοειδούς ρεύματος του Κρόνου, καθώς συνδυάζει χρήση δεδομένων από 3 διαφορετικά όργανα του Cassini για μια περίοδο 10 ετών. Αναλύονται μετρήσεις χαμηλής ενέργειας πλάσματος, ενεργητικών σωματιδίων και μαγνητικού πεδίου από ολόκληρη την αποστολή, προκειμένου να χαρτογραφηθεί η ισημερινή μαγνητόσφαιρα του πλανήτη και να αποκαλυφθεί η φύση των αντίστοιχων ηλεκτρικών ρευμάτων. Από τα αποτελέσματα προέκυψαν οι κατανομές της πίεσης, του β- πλάσματος και της έντασης του αζιμουθιακού μαγνητοσφαιρικού ρεύματος. Επιπλέον, αποκαλύφθηκε η ασύμμετρη κατανομή του και οι περιοχές όπου διαφορετικοί φυσικοί μηχανισμοί καθορίζουν το χαρακτήρα του. Η εργασία αυτή χαρακτηρίζεται εξαιρετικά σημαντική αφού παρέχει την πληρέστερη ως τώρα ανάλυση του πλάσματος και του μαγνητικού πεδίου στη μαγνητόσφαιρα του πλανήτη και αποτελεί πλέον σημείο αναφοράς για την κατασκευή και τον ανασχεδιασμό υπολογιστικών μοντέλων. Ήδη βρίσκεται σε εξέλιξη η αντίστοιχη μελέτη για τη μαγνητόσφαιρα του Δία (με δεδομένα από τα διαστημόπλοια Galileo και JUNO). 21

[Sergis J45] Authors: Modeling the compressibility of Saturn's magnetosphere in response to internal and external influences Sorba, A. M.; Achilleos, N. A.; Guio, P.; Arridge, C. S.; Pilkington, N. M.; Masters, A.; Sergis, N.; Coates, A. J.; Dougherty, M. K. Publication: Journal of Geophysical Research: Space Physics, Volume 122, Issue 2, pp. 1572-1589 The location of a planetary magnetopause is principally determined by the balance between solar wind dynamic pressure D P and magnetic and plasma pressures inside the magnetopause boundary. Previous empirical studies assumed that Saturn's magnetopause standoff distance varies as DP- 1/α and measured a constant compressibility parameter α corresponding to behavior intermediate between a vacuum dipole appropriate for Earth (α 6) and a more easily compressible case appropriate for Jupiter (α 4). In this study we employ a 2- D force balance model of Saturn's magnetosphere to investigate magnetospheric compressibility in response to changes in D P and global hot plasma content. For hot plasma levels compatible with Saturn observations, we model the magnetosphere at a range of standoff distances and estimate the corresponding D P values by assuming pressure balance across the magnetopause boundary. We find that for "average" hot plasma levels, our estimates of α are not constant with D P but vary from ~4.8 for high D P conditions, when the magnetosphere is compressed ( 25 R S), to ~3.5 for low D P conditions. This corresponds to the magnetosphere becoming more easily compressible as it expands. We find that the global hot plasma content influences magnetospheric compressibility even at fixed D P, with α estimates ranging from ~5.4 to ~3.3 across the range of our parameterized hot plasma content. We suggest that this behavior is predominantly driven by reconfiguration of the magnetospheric magnetic field into a more disk- like structure under such conditions. In a broader context, the compressibility of the magnetopause reveals information about global stress balance in the magnetosphere. Η παρούσα εργασία μελετά την συμπιεστότητα της μαγνητόσφαιρας των γιγάντων πλανητών με τη χρήση δεδομένων πλάσματος και μαγνητικού πεδίου και την κατασκευή ενός υπολογιστικού μοντέλου ισορροπίας πιέσεων. Το ιδιαίτερο πλεονέκτημα της μελέτης αυτής είναι ότι συμπεριλαμβάνει και μετρήσεις του θερμού πλάσματος (των ενεργητικών σωματιδίων) κάτι που ως εκείνη τη στιγμή δεν είχε συμβεί. Η προσθήκη αυτή ήταν εξαιρετικά σημαντική καθώς τα υψηλής ενέργειας σωματίδια εμπεριέχουν μεγάλο τμήμα της συνολικής πίεσης, το οποίο ως εκείνη τη στιγμή δεν συνυπολογιζόταν. Το συγκεκριμένο μοντέλο μαγνητοδίσκου με τις συγκεκριμένες βελτιώσεις που εισήγαγε η παρούσα μελέτη, καθίσταται το πλέον σύγχρονο για την περιγραφή των δυναμικών χαρακτηριστικών των μαγνητοσφαιρών των εξωτερικών πλανητών. 22