Skip to main content

Abstract

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.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Institutional subscriptions

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  • N. Achilleos, C. Bertucci, C.T. Russell, G.B. Hospodarsky, A.M. Rymer, C.S. Arridge, M.E. Burton, M.K. Dougherty, S. Hendricks, E.J. Smith, B.T. Tsurutani, Orientation, location, and velocity of Saturn’s bow shock: initial results from the Cassini spacecraft. J. Geophys. Res. 111, A03201 (2006). doi:10.1029/2005JA011297

    Google Scholar 

  • N. Achilleos, C.S. Arridge, C. Bertucci, C.M. Jackman, M.K. Dougherty, K.K. Khurana, C.T. Russell, F.J. Crary, D.T. Young, Large-scale dynamics of Saturn’s magnetopause: observations by Cassini. J. Geophys. Res. 113, A11209 (2008). doi:10.1029/2008JA013265

    ADS  Google Scholar 

  • M.H. Acuña, J.E.P. Connerney, P. Wasilewski, R.P. Lin, K.A. Anderson, C.W. Carlson, J. McFadden, D.W. Curtis, D. Mitchell, H. Reme, C. Mazelle, J.A. Sauvaud, C. d’Uston, A. Cros, J.L. Medale, S.J. Bauer, P. Cloutier, M. Mayhew, D. Winterhalter, N.F. Ness, Magnetic field and plasma observations at Mars: initial results of the Mars Global Surveyor mission. Science 29(5357), 1676–1680 (1998). doi:10.1126/science.279.5357.1676

    ADS  Google Scholar 

  • N. André, A.M. Persoon, J. Goldstein, P. Louarn, G.R. Lewis, A.M. Rymer, A.J. Coates, W.S. Kurth, E.C. Sittler, M.F. Thomsen, F.J. Crary, M.K. Dougherty, D.A. Gurnett, D.T. Young, Magnetic signatures of plasma-depleted flux tubes in the Saturnian inner magnetosphere. Geophys. Res. Lett. 34, L14108 (2007). doi:10.1029/2007GL030374

    ADS  Google Scholar 

  • N. André, M. Blanc, S. Maurice, P. Schippers, E. Pallier, T.I. Gombosi, K.C. Hansen, D.T. Young, F.J. Crary, S. Bolton, E.C. Sittler, H.T. Smith, R.E. Johnson, R.A. Baragiola, A.J. Coates, A.M. Rymer, M.K. Dougherty, N. Achilleos, C.S. Arridge, S.M. Krimigis, D.G. Mitchell, N. Krupp, D.C. Hamilton, I. Dandouras, D.A. Gurnett, W.S. Kurth, P. Louarn, R. Srama, S. Kempf, H.J. Waite, L.W. Esposito, J.T. Clarke, Identification of Saturn’s magnetospheric regions and associated plasma processes: synopsis of Cassini observations during orbit insertion. Rev. Geophys. 46, RG4008 (2008). doi:10.1029/2007RG000238

    ADS  Google Scholar 

  • D.J. Andrews, E.J. Bunce, S.W.H. Cowley, M.K. Dougherty, G. Provan, D.J. Southwood, Planetary period oscillations in Saturn’s magnetosphere: phase relation of equatorial magnetic field oscillations and Saturn kilometric radiation modulation. J. Geophys. Res. 113, A09205 (2008). doi:10.1029/2007JA012937

    Google Scholar 

  • C.S. Arridge, N. Achilleos, M.K. Dougherty, K.K. Khurana, C.T. Russell, Modeling the size and shape of Saturn’s magnetopause with variable dynamic pressure. J. Geophys. Res. 111, A11227 (2006). doi:10.1029/2005JA011574

    ADS  Google Scholar 

  • C.S. Arridge, N. André, N. Achilleos, K.K. Khurana, C.L. Bertucci, L.K. Gilbert, G.R. Lewis, A.J. Coates, M.K. Dougherty, Thermal electron periodicities at 20 R S in Saturn’s magnetosphere. Geophys. Res. Lett. 35, L15107 (2008a). doi:10.1029/2008GL034132

    ADS  Google Scholar 

  • C.S. Arridge, K.K. Khurana, C.T. Russell, D.J. Southwood, N. Achilleos, M.K. Dougherty, A.J. Coates, H.K. Leinweber, Warping of Saturn’s magnetospheric and magnetotail current sheets. J. Geophys. Res. 113, A08217 (2008b). doi:10.1029/2007JA012963

    Google Scholar 

  • C.S. Arridge, C.T. Russell, K.K. Khurana, N. Achilleos, S.W.H. Cowley, M.K. Dougherty, D.J. Southwood, E.J. Bunce, Saturn’s magnetodisc current sheet. J. Geophys. Res. 113, A04214 (2008c). doi:10.1029/2007JA012540

    Google Scholar 

  • C.S. Arridge, L.K. Gilbert, G.R. Lewis, E.C. Sittler, G.H. Jones, D.O. Kataria, A.J. Coates, D.T. Young, The effect of spacecraft radiation sources on electron moments from the Cassini CAPS electron spectrometer. Planet. Space Sci. 57(7), 854–869 (2009a). doi:10.1016/j.pss.2009.02.011

    ADS  Google Scholar 

  • C.S. Arridge, H.J. McAndrews, C.M. Jackman, C. Forsyth, A.P. Walsh, E.C. Sittler, L.K. Gilbert, G.R. Lewis, C.T. Russell, A.J. Coates, M.K. Dougherty, G.A. Collinson, A. Wellbrock, D.T. Young, Plasma electrons in Saturn’s magnetotail: structure, distribution and energisation. Planet. Space Sci. 57(14–15), 2032–2047 (2009b). doi:10.1016/j.pss.2009.09.007

    ADS  Google Scholar 

  • C.S. Arridge, N. Achilleos, P. Guio, Electric field variability and classifications of Titan’s magnetoplasma environment. Ann. Geophys. 29, 1253–1258 (2011a). doi:10.5194/angeo-29-1253-2011

    ADS  Google Scholar 

  • C.S. Arridge, N. André, K.K. Khurana, C.T. Russell, S.W.H. Cowley, G. Provan, D.J. Andrews, C.M. Jackman, A.J. Coates, E.C. Sittler, M.K. Dougherty, D.T. Young, Periodic motion of Saturn’s nightside plasma sheet. J. Geophys. Res. 116, A11205 (2011b). doi:10.1029/2011JA016827

    ADS  Google Scholar 

  • C.S. Arridge, N. André, H.J. McAndrews, E.J. Bunce, M.H. Burger, K.C. Hansen, H.-W. Hsu, R.E. Johnson, G.H. Jones, S. Kempf, K.K. Khurana, N. Krupp, W.S. Kurth, J.S. Leisner, C. Paranicas, E. Roussos, C.T. Russell, P. Schippers, E.C. Sittler, H.T. Smith, M.F. Thomsen, M.K. Dougherty, Mapping magnetospheric equatorial regions at Saturn from Cassini prime mission observations, Space Sci. Rev., accepted manuscript (2011c)

    Google Scholar 

  • C.S. Arridge et al., A statistical analysis of plasma parameters near Titan’s orbit, manuscript to be submitted to J. Geophys. Res. (2011d)

    Google Scholar 

  • H. Backes, F.M. Neubauer, M.K. Dougherty, N. Achilleos, N. André, C.S. Arridge, C. Bertucci, G.H. Jones, K.K. Khurana, C.T. Russell, A. Wennmacher, Titan’s magnetic field signature during the first Cassini encounter. Science 308, 992 (2005). doi:10.1126/science.1109763

    ADS  Google Scholar 

  • K.W. Behannon, R.P. Lepping, N.F. Ness, Structure and dynamics of Saturn’s outer magnetosphere and boundary regions. J. Geophys. Res. 88, 8791 (1983)

    ADS  Google Scholar 

  • C. Bertucci, C. Mazelle, D.H. Crider, D. Vignes, M.H. Acuña, D.L. Mitchell, R.P. Lin, J.E.P. Connerney, H. Rème, P.A. Cloutier, N.F. Ness, D. Winterhalter, Magnetic field draping enhancement at the Martian magnetic pileup boundary from Mars global surveyor observations. Geophys. Res. Lett. 30(2), 1099 (2003a). doi:10.1029/2002GL015713

    ADS  Google Scholar 

  • C. Bertucci, C. Mazelle, J.A. Slavin, C.T. Russell, M.H. Acuña, Magnetic field draping enhancement at Venus: evidence for a magnetic pileup boundary. Geophys. Res. Lett. 30(17), 1876 (2003b). doi:10.1029/2002GL015713

    ADS  Google Scholar 

  • C. Bertucci, N. Achilleos, M.K. Dougherty, R. Modolo, A.J. Coates, K. Szego, A. Masters, Y. Ma, F.M. Neubauer, P. Garnier, J.-E. Wahlund, D.T. Young, The magnetic memory of Titan’s ionized atmosphere. Science 321(5895), 1475 (2008). doi:10.1126/science.1159780

    ADS  Google Scholar 

  • C. Bertucci, B. Sinclair, N. Achilleos, P. Hunt, M.K. Dougherty, C.S. Arridge, The variability of Titan’s magnetic environment. Planet. Space Sci. 57(14–15), 1813–1820 (2009). doi:10.1016/j.pss.2009.02.009

    ADS  Google Scholar 

  • M. Blanc, S. Bolton, J. Bradley, M.E. Burton, T.E. Cravens, I. Dandouras, M.K. Dougherty, M.C. Festou, J. Feynman, R.E. Johnson, T.G. Gombosi, W.S. Kurth, P.C. Liewer, B.H. Mauk, S. Maurice, D. Mitchell, F.M. Neubauer, J.D. Richardson, D.E. Shemansky, E.C. Sittler, B.T. Tsurutani, P. Zarka, L.W. Esposito, E. Grün, D.A. Gurnett, A.J. Kliore, S.M. Krimigis, D.J. Southwood, J.H. Waite, D.T. Young, Magnetospheric and plasma science with Cassini-Huygens. Space Sci. Rev. 104(1), 253–346 (2002)

    ADS  Google Scholar 

  • J.L. Burch, A.D. DeJong, J. Goldstein, D.T. Young, Periodicity in Saturn’s magnetosphere: plasma cam. Geophys. Res. Lett. 36, L14203 (2009). doi:10.1029/2009GL039043

    ADS  Google Scholar 

  • M.E. Burton, M.K. Dougherty, C.T. Russell, Saturn’s internal planetary magnetic field. Geophys. Res. Lett. 37, L24105 (2011). doi:10.1029/2010GL045148

    ADS  Google Scholar 

  • C.L. Cai, I. Dandouras, H. Rème, J.B. Cao, G.C. Zhou, C. Shen, G.K. Parks, D. Fontaine, Magnetosheath excursion and the relevant transport process at the magnetopause. Ann. Geophys. 27(8), 2997–3005 (2009). doi:10.5194/angeo-27-2997-2009

    ADS  Google Scholar 

  • J.F. Carbary, D.G. Mitchell, S.M. Krimigis, D.C. Hamilton, N. Krupp, Charged particle periodicities in Saturn’s outer magnetosphere. J. Geophys. Res. 112, A06246 (2007). doi:10.1029/2007JA012351

    Google Scholar 

  • J.F. Carbary, D.G. Mitchell, P. Brandt, E.C. Roelof, S.M. Krimigis, Periodic tilting of Saturn’s plasma sheet. Geophys. Res. Lett. 35, L24101 (2008a). doi:10.1029/2008GL036339

    ADS  Google Scholar 

  • J.F. Carbary, D.G. Mitchell, P. Brandt, E.C. Roelof, S.M. Krimigis, Statistical morphology of ENA emissions at Saturn. J. Geophys. Res. 113, A05210 (2008b). doi:10.1029/2007JA012873

    Google Scholar 

  • K.E. Clarke, N. André, D.J. Andrews, A.J. Coates, S.W.H. Cowley, M.K. Dougherty, G.R. Lewis, H.J. McAndrews, J.D. Nichols, T.R. Robinson, D.M. Wright, Cassini observations of planetary-period oscillations of Saturn’s magnetopause. Geophys. Res. Lett. 33, L23104 (2006). doi:10.1029/2006GL0278212006

    ADS  Google Scholar 

  • K.E. Clarke, D.J. Andrews, C.S. Arridge, A.J. Coates, S.W.H. Cowley, Magnetopause oscillations near the planetary period at Saturn: occurrence, phase, and amplitude. J. Geophys. Res. 115, A08209 (2010a). doi:10.1029/2009JA014745

    Google Scholar 

  • K.E. Clarke, D.J. Andrews, A.J. Coates, S.W.H. Cowley, A. Masters, Magnetospheric period oscillations of Saturn’s bow shock. J. Geophys. Res. 115, A05202 (2010b). doi:10.1029/2009JA015164

    Google Scholar 

  • A.J. Coates, F.J. Crary, G.R. Lewis, D.T. Young, J.H. Waite, E.C. Sittler, Discovery of heavy negative ions in Titan’s ionosphere. Geophys. Res. Lett. 34, L22103 (2007). doi:10.1029/2007GL030978

    ADS  Google Scholar 

  • T.E. Cravens, I.P. Robertson, S.A. Ledvina, D. Mitchell, S.M. Krimigis, J.H. Waite, Energetic ion precipitation at Titan. Geophys. Res. Lett. 35, L03103 (2008). doi:10.1029/2007GL032451

    Google Scholar 

  • M. Desch, Radio emission signature of Saturn immersions in Jupiter’s magnetic tail. J. Geophys. Res. 88, 6904 (1983)

    ADS  Google Scholar 

  • K. Dialynas, S.M. Krimigis, D.G. Mitchell, D.C. Hamilton, N. Krupp, P.C. Brandt, Energetic ion spectral characteristics in the Saturnian magnetosphere using Cassini/MIMI measurements. J. Geophys. Res. 114, A01212 (2009). doi:10.1029/2008JA013761

    Google Scholar 

  • P. Garnier, The exosphere of Titan and its interaction with the kronian magnetosphere, with the use of MIMI data onboard Cassini. Ph.D. thesis, Universite Toulouse III, 2007

    Google Scholar 

  • P. Garnier, J.-E. Wahlund, L. Rosenqvist, R. Modolo, K. Ågren, N. Sergis, P. Canu, M. Andre, D.A. Gurnett, W.S. Kurth, S.M. Krimigis, A. Coates, M. Dougherty, J.H. Waite, Titan’s ionosphere in the magnetosheath: Cassini RPWS results during the T32 flyby. Ann. Geophys. 27, 4257–4272 (2009). doi:10.5194/angeo-27-4257-2009

    ADS  Google Scholar 

  • P. Garnier, I. Dandouras, D. Toublanc, E.C. Roelof, P.C. Brandt, D.G. Mitchell, S.M. Krimigis, N. Krupp, D.C. Hamilton, J.-E. Wahlund, Statistical analysis of the energetic ion and ENA data for the Titan environment. Planet. Space Sci. 58(14–15), 1811–1822 (2010). doi:10.1016/j.pss.2010.08.009

    ADS  Google Scholar 

  • T.I. Gombosi, T.P. Armstrong, C.S. Arridge, K.K. Khurana, S.M. Krimigis, N. Krupp, A.M. Persoon, M.F. Thomsen, Saturn’s magnetospheric configuration, in Saturn from Cassini-Huygens, ed. by M.K. Dougherty, L.W. Esposito, S.M. Krimigis (Springer, Berlin, 2009), pp. 203–255. doi:10.1007/978-1-4020-9217-6_9

    Google Scholar 

  • J.T. Gosling, V.J. Pizzo, Formation and evolution of corotating interaction regions and their three dimensional structure. Space Sci. Rev. 89, 21 (1999)

    ADS  Google Scholar 

  • D.A. Gurnett, A.M. Persoon, W.S. Kurth, J.B. Groene, T.F. Averkamp, M.K. Dougherty, D.J. Southwood, The variable rotation period of the inner region of Saturn’s plasma disk. Science 316(5823), 442 (2007). doi:10.1126/science.1138562

    ADS  Google Scholar 

  • R.E. Hartle, E.C. Sittler Jr., F.M. Neubauer, R.E. Johnson, H.T. Smith, F. Crary, D.J. McComas, D.T. Young, A.J. Coates, D. Simpson, S. Bolton, D. Reisenfeld, K. Szego, J.J. Berthelier, A. Rymer, J. Vilppola, J.T. Steinberg, N. André, Initial interpretation of Titan plasma interaction as observed by the Cassini plasma spectrometer: comparisons with Voyager 1. Planet. Space Sci. 54, 1211–1224 (2006). doi:10.1016/j.pss.2006.05.029

    ADS  Google Scholar 

  • T.W. Hill, F.C. Michel, Heavy ions from the Galilean satellites and the centrifugal distortion of the Jovian magnetosphere. J. Geophys. Res. 81, 4561–4565 (1976). doi:10.1029/JA081i025p04561

    ADS  Google Scholar 

  • A.J. Hundhausen, J.T. Gosling, Solar wind structure at large heliocentric distances; an interpretation of Pioneer 10 observations. J. Geophys. Res. 81, 1436 (1976)

    ADS  Google Scholar 

  • D.M. Hunten, M.G. Tomasko, F.M. Flasar, R.E. Samuelson, D.F. Strobel, D.J. Stevenson, Titan, in Saturn, ed. by T. Gehrels, M.S. Matthews (University of Arizona Press, Tucson, 1984), pp. 671–759

    Google Scholar 

  • P.L. Israelevich, F.M. Neubauer, A.I. Ershkovich, The induced magnetosphere of comet Halley: interplanetary magnetic field during Giotto encounter. J. Geophys. Res. 99, 6575–6583 (1994). doi:10.1029/93JA03199

    ADS  Google Scholar 

  • C.M. Jackman, N. Achilleos, E.J. Bunce, S.W.H. Cowley, M.K. Dougherty, G.H. Jones, S.E. Milan, E.J. Smith, Interplanetary magnetic field at ∼9 AU during the declining phase of the solar cycle and its implications for Saturn’s magnetospheric dynamics. J. Geophys. Res. 109, A11203 (2004). doi:10.1029/2004JA010614

    ADS  Google Scholar 

  • C.M. Jackman, R.J. Forsyth, M.K. Dougherty, The overall configuration of the interplanetary magnetic field upstream of Saturn as revealed by Cassini observations. J. Geophys. Res. 113, A08114 (2008). doi:10.1029/2008JA013083

    Google Scholar 

  • C.M. Jackman, C.S. Arridge, H.J. McAndrews, M.G. Henderson, R.J. Wilson, Northward field excursions in Saturn’s magnetotail and their relationship to magnetospheric periodicities. Geophys. Res. Lett. 36, L16101 (2009). doi:10.1029/2009GL039149

    ADS  Google Scholar 

  • C.M. Jackman, C.S. Arridge, Solar cycle effects on the dynamics of Jupiter’s and Saturn’s magnetospheres. Sol. Phys. (2011). doi:10.1007/s11207-011-9748-z

    Google Scholar 

  • R.E. Johnson, M.R. Combi, J.L. Fox, W.-H. Ip, F. Leblanc, M.A. McGrath, V.I. Shematovich, D.F. Strobl, J.H. Waite Jr., Exospheres and atmospheric escape. Space Sci. Rev. 139, 355–397 (2008). doi:10.1007/s11214-008-9415-3

    ADS  Google Scholar 

  • R.E. Johnson, O.J. Tucker, M. Michael, E.C. Sittler, H.T. Smith, D.T. Young, J.H. Waite, Mass loss processes in Titan’s upper atmosphere, in Titan from Cassini-Huygens, ed. by R.H. Brown, J.-P. Lebreton, J. Hunter Waite (Springer, Berlin, 2009), pp. 373–391. Chapter 15

    Google Scholar 

  • S.J. Kanani, C.S. Arridge, G.H. Jones, A.N. Fazakerley, H.J. McAndrews, N. Sergis, S.M. Krimigis, M.K. Dougherty, A.J. Coates, D.T. Young, K.C. Hansen, N. Krupp, A new form of Saturn’s magnetopause using a dynamic pressure balance model, based on in-situ, multi instrument Cassini measurements. J. Geophys. Res. 115, A06207 (2010). doi:10.1029/2009JA014262

    Google Scholar 

  • M. Kane, D.G. Mitchell, J.F. Carbary, S.M. Krimigis, F.J. Crary, Plasma convection in Saturn’s outer magnetosphere determined from ions detected by the Cassini INCA experiment. Geophys. Res. Lett. 35, L04102 (2009). doi:10.1029/2007GL032342

    Google Scholar 

  • S. Kellett, E.J. Bunce, A.J. Coates, S.W.H. Cowley, Thickness of Saturn’s ring current determined from north-south Cassini passes through the current layer. J. Geophys. Res. 114, A04209 (2009). doi:10.1029/2008JA013942

    Google Scholar 

  • K.K. Khurana, M.G. Kivelson, D.J. Stevenson, G. Schubert, C.T. Russell, R.J. Walker, C. Polanskey, Induced magnetic fields as evidence for subsurface oceans in Europa and Callisto. Nature 395(6704), 777–780 (1998)

    ADS  Google Scholar 

  • K.K. Khurana, D.G. Mitchell, C.S. Arridge, M.K. Dougherty, C.T. Russell, C. Paranicas, N. Krupp, A.J. Coates, Sources of rotational signals in Saturn’s magnetosphere. J. Geophys. Res. 114, A02211 (2009). doi:10.1029/2008JA013312

    Google Scholar 

  • A.J. Kliore, A.F. Nagy, E.A. Marouf, R.G. French, M.F. Flasar, N.J. Rappaport, A. Anabttawi, S.W. Asmar, D.S. Kahann, E. Barbinis, G.L. Goltz, D.U. Fleischman, D.J. Rochblatt, First results from the Cassini radio occultations of the Titan ionosphere. J. Geophys. Res. 113, A09317 (2008). doi:10.1029/2007JA012965

    Google Scholar 

  • S.M. Krimigis, T.P. Armstrong, W.I. Axford, C.O. Bostrom, G. Gloekler, E.P. Keath, L.J. Lanzerotti, J.F. Carbary, D.C. Hamilton, E.C. Roelof, Low-energy charged particles in Saturn’s magnetosphere: results from Voyager 1. Science 212, 225–231 (1981)

    ADS  Google Scholar 

  • S.M. Krimigis, J.F. Carbary, E.P. Keath, T.P. Armstrong, L.J. Lanzerotti, G. Gloeckler, General characteristics of hot plasma and energetic particles in the Saturnian magnetosphere: results from the Voyager spacecraft. J. Geophys. Res. 88(A11), 8871–8892 (1983)

    ADS  Google Scholar 

  • S.M. Krimigis, N. Sergis, D.G. Mitchell, D.C. Hamilton, N. Krupp, A dynamic, rotating ring current around Saturn. Nature 450(7172), 1050–1053 (2007). doi:10.1038/nature06425

    ADS  Google Scholar 

  • N. Krupp, E. Roussos, A. Lagg, J. Woch, A.L. Müller, S.M. Krimigis, D.G. Mitchell, E.C. Roelof, C. Paranicas, J. Carbary, G.H. Jones, D.C. Hamilton, S. Livi, T.P. Armstrong, M.K. Dougherty, N. Sergis, Energetic particles in Saturn’s magnetosphere during the Cassini nominal mission (July 2004–July 2008). Planet. Space Sci. 57(14–15), 1754–1768 (2009). doi:10.1016/j.pss.2009.06.010

    ADS  Google Scholar 

  • H. Kunow, Solar wind: Corotating interaction region, in Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, vol. 4 (Institute of Physics, Bristol, 2001), p. 2825

    Google Scholar 

  • W.S. Kurth, T.F. Averkamp, D.A. Gurnett, J.B. Groene, A. Lecacheux, An update to a Saturnian longitude system based on kilometric radio emissions. J. Geophys. Res. 113(5), A05222 (2008). doi:10.1029/2007JA012861

    Google Scholar 

  • S.A. Ledvina, Y.-J. Ma, E. Kallio, Modeling and simulating flowing plasmas and related phenomena. Space Sci. Rev. 139(1–4), 143–189 (2008). doi:10.1007/s11214-008-9384-6

    ADS  Google Scholar 

  • R.P. Lepping, M.D. Desch, E.C. Sittler Jr., K.W. Behannon, L.W. Klein, J.D. Sullivan, W.S. Kurth, Structure and other properties of Jupiter’s distant magnetotail. J. Geophys. Res. 88, 8801–8815 (1983)

    ADS  Google Scholar 

  • G.R. Lewis, N. André, C.S. Arridge, A.J. Coates, L.K. Gilbert, D.R. Linder, A.M. Rymer, Derivation of density and temperature from the Cassini-Huygens CAPS electron spectrometer. Planet. Space Sci. 56, 901–912 (2008). doi:10.1016/j.pss.2007.12.017

    ADS  Google Scholar 

  • J.G. Luhmann, T.-L. Zhang, S.M. Petrinec, C.T. Russell, P. Gazis, A. Barnes, Solar cycle 21 effects on the interplanetary magnetic field and related parameters at 0.7 and 1.0 AU. J. Geophys. Res. 98(A4), 5559–5572 (1993). doi:10.1029/92JA02235

    ADS  Google Scholar 

  • N. Luna, M. Michael, M.B. Shah, R.E. Johnson, C.J. Latimer, J.W. McConkey, Dissociation of N2 in capture and ionization collisions with fast H+ and N+ ions and modeling of positive ion formation in the Titan atmosphere. J. Geophys. Res. 108, 5033 (2003). doi:10.1029/2002JE001950

    Google Scholar 

  • E.T. Lundberg, K.C. Hansen, T.I. Gombosi, G. Toth, Statistical study of the probability of Titan being in the solar wind or in Saturn’s magnetosheath. Eos Trans. AGU 86(52), Fall Meet. Suppl., abstract P43A-0957 (2005)

    Google Scholar 

  • Y.-J. Ma, A.F. Nagy, Ion escape fluxes from Mars. Geophys. Res. Lett. 34, L08201 (2007). doi:10.1029/2006GL029208

    Google Scholar 

  • Y. Ma, A.F. Nagy, T.E. Cravens, I.V. Sokolov, K.C. Hansen, J.-E. Wahlund, F.J. Crary, A.J. Coates, M.K. Dougherty, Comparisons between MHD model calculations and observations of Cassini flybys of Titan. J. Geophys. Res. 111, A05207 (2006). doi:10.1029/2005JA011481

    Google Scholar 

  • Y.-J. Ma, C.T. Russell, A.F. Nagy, G. Toth, C. Bertucci, M.K. Dougherty, F.M. Neubauer, A. Wellbrock, A.J. Coates, P. Garnier, J.-E. Wahlund, T.E. Cravens, F.J. Crary, Time-dependent global MHD simulations of Cassini T32 flyby: from magnetosphere to magnetosheath. J. Geophys. Res. 114, A03204 (2009). doi:10.1029/2008JA013676

    Google Scholar 

  • C.G. MacLennan, L.J. Lanzerotti, Low-energy particles at the bow shock, magnetopause, and outer magnetosphere of Saturn. J. Geophys. Res. 88, 8817–8830 (1983)

    ADS  Google Scholar 

  • A. Masters, N. Achilleos, M.K. Dougherty, J.A. Slavin, G.B. Hospodarsky, C.S. Arridge, A.J. Coates, An empirical model of Saturn’s bow shock: Cassini observations of shock location and shape. J. Geophys. Res. 113, A10210 (2008). doi:10.1029/2008JA013276

    ADS  Google Scholar 

  • S. Maurice, M. Blanc, R. Prangé, E.C. Sittler, The magnetic-field-aligned polarization electric field and its effects on particle distribution in the magnetospheres of Jupiter and Saturn. Planet. Space Sci. 45(11), 1449–1465 (1997)

    ADS  Google Scholar 

  • H.J. McAndrews, M.F. Thomsen, C.S. Arridge, C.M. Jackman, R.J. Wilson, M.G. Henderson, R.L. Tokar, K.K. Khurana, E.C. Sittler, A.J. Coates, M.K. Dougherty, Plasma in Saturn’s nightside magnetosphere and the implications for global circulation. Planet. Space Sci. 57(14–15), 1714–1722 (2009). doi:10.1016/j.pss.2009.03.003

    ADS  Google Scholar 

  • D.G. Mitchell, S.M. Krimigis, C. Paranicas, P.C. Brandt, J.F. Carbary, E.C. Roelof, W.S. Kurth, D.A. Gurnett, J.T. Clarke, J.D. Nichols, J.C. Gérard, D.C. Grodent, M.K. Dougherty, W.R. Pryor, Recurrent energization of plasma in the midnight-to-dawn quadrant of Saturn’s magnetosphere and its relationship to auroral UV and radio emissions. Planet. Space Sci. 57(14–15), 1732–1742 (2009). doi:10.1016/j.pss.2009.04.002

    ADS  Google Scholar 

  • M.W. Morooka, R. Modolo, J.-E. Wahlund, M. André, A.I. Eriksson, A.M. Persoon, D.A. Gurnett, W.S. Kurth, A.J. Coates, G.R. Lewis, K.K. Khurana, M. Dougherty, The electron density of Saturn’s magnetosphere. Ann. Geophys. 27(7), 2971–2991 (2009). doi:10.5194/angeo-27-2971-2009

    ADS  Google Scholar 

  • Z. Németh, K. Szego, Z. Bebesi, G. Erdős, L. Foldy, A. Rymer, E.C. Sittler, A.J. Coates, A. Wellbrock, Ion distributions of different Kronian plasma regions. J. Geophys. Res. 116, A09212 (2011). doi:10.1029/2011JA016585

    Google Scholar 

  • N.F. Ness, M.H. Acuna, K.W. Behannon, The induced magnetosphere of Titan. J. Geophys. Res. 87, 1369–1381 (1982). doi:10.1029/JA087iA03p01369

    ADS  Google Scholar 

  • F.M. Neubauer, D. Gurnett, J.D. Scudder, R.E. Hartle, Titan’s magnetospheric interaction, in Saturn, ed. by T. Gehrels, M.S. Matthews (University of Arizona Press, Tucson, 1984)

    Google Scholar 

  • F.M. Neubauer, H. Backes, M.K. Dougherty, A. Wennmacher, C.T. Russell, A. Coates, D. Young, N. Achilleos, N. André, C.S. Arridge, C. Bertucci, G.H. Jones, K.K. Khurana, T. Knetter, A. Law, G.R. Lewis, J. Saur, Titan’s near magnetotail from magnetic field and electron plasma observations and modeling: Cassini flybys TA, TB, and T3. J. Geophys. Res. 111, A10220 (2006). doi:10.1029/2006JA011676

    ADS  Google Scholar 

  • E.N. Parker, Dynamics of the interplanetary magnetic field. Astrophys. J. 128, 664 (1958)

    ADS  Google Scholar 

  • H. Persson, Electric field parallel to the magnetic field in a low-density plasma. Phys. Fluids 9, 1090 (1966). doi:10.1063/1.1761807

    ADS  Google Scholar 

  • W.G. Pilipp, K.-H. Muehlhaeuser, H. Miggenrieder, H. Rosenbauer, R. Schwenn, Large-scale variations of thermal electron parameters in the solar wind between 0.3 and 1 AU. J. Geophys. Res. 95, 6305–6329 (1990). doi:10.1029/JA095iA05p06305

    ADS  Google Scholar 

  • J.D. Richardson, The magnetosheaths of the outer planets. Planet. Space Sci. 50(5–6), 503–517 (2002). doi:10.1016/S0032-0633(02)00029-6

    ADS  Google Scholar 

  • C.T. Russell, C.M. Jackman, H.-Y. Wei, C. Bertucci, M.K. Dougherty, Titan’s influence on Saturnian substorm occurrence. Geophys. Res. Lett. 35, L12105 (2008). doi:10.1029/2008GL034080

    ADS  Google Scholar 

  • A.M. Rymer, B.H. Mauk, T.W. Hill, C. Paranicas, N. André, E.C. Sittler Jr., D.G. Mitchell, H.T. Smith, R.E. Johnson, A.J. Coates, D.T. Young, S.J. Bolton, M.F. Thomsen, M.K. Dougherty, Electron sources in Saturn’s magnetosphere. J. Geophys. Res. 112, A02201 (2007). doi:10.1029/2006JA012017

    Google Scholar 

  • A.M. Rymer, H.T. Smith, A. Wellbrock, A.J. Coates, D.T. Young, Discrete classification and electron energy spectra of Titan’s varied magnetospheric environment. Geophys. Res. Lett. 36, L15109 (2009). doi:10.1029/2009GL039427

    ADS  Google Scholar 

  • J. Saur, F.M. Neubauer, K.-H. Glassmeier, Induced magnetic fields in solar system bodies. Space Sci. Rev. 152(1–4), 391–421 (2009). doi:10.1007/s11214-009-9581-y

    ADS  Google Scholar 

  • N. Sergis, S.M. Krimigis, D.G. Mitchell, D.C. Hamilton, N. Krupp, B.M. Mauk, E.C. Roelof, M. Dougherty, Ring current at Saturn: energetic particle pressure in Saturn’s equatorial magnetosphere measured with Cassini/MIMI. Geophys. Res. Lett. 34, L09102 (2007). doi:10.1029/2006GL029223

    Google Scholar 

  • N. Sergis, S.M. Krimigis, D.G. Mitchell, D.C. Hamilton, N. Krupp, B.H. Mauk, E.C. Roelof, M.K. Dougherty, Energetic particle pressure in Saturn’s magnetosphere measured with the magnetospheric imaging instrument on Cassini. J. Geophys. Res. 114, A02214 (2009). doi:10.1029/2008JA013774

    Google Scholar 

  • N. Sergis, S.M. Krimigis, E.C. Roelof, C.S. Arridge, A.M. Rymer, D.G. Mitchell, D.C. Hamilton, N. Krupp, M.F. Thomsen, M.K. Dougherty, A.J. Coates, D.T. Young, Particle pressure, inertial force, and ring current density profiles in the magnetosphere of Saturn, based on Cassini measurements. Geophys. Res. Lett. 37, L02102 (2010). doi:10.1029/2009GL041920

    Google Scholar 

  • N. Sergis, C.S. Arridge, S.M. Krimigis, D.G. Mitchell, A.M. Rymer, D.C. Hamilton, N. Krupp, M.K. Dougherty, A.J. Coates, Dynamics and seasonal variations in Saturn’s magnetospheric plasma sheet, as measured by Cassini. J. Geophys. Res. 116, A04203 (2011). doi:10.1029/2010JA016180

    Google Scholar 

  • I. Sillanpää, D.T. Young, F. Crary, M. Thomsen, D. Reisenfeld, J.-E. Wahlund, C. Bertucci, E. Kallio, R. Jarvinen, P. Janhunen, Cassini plasma spectrometer and hybrid model study on Titan’s interaction: effect of oxygen ions. J. Geophys. Res. 116, A07223 (2011). doi:10.1029/2011JA016443

    Google Scholar 

  • S. Simon, G. Kleindienst, A. Boesswetter, T. Bagdonat, U. Mtschmann, K.-H. Glassmeier, J. Schuele, C. Bertucci, M.K. Dougherty, Hybrid simulation of Titan’s magnetic field signature during the Cassini T9 flyby. Geophys. Res. Lett. 34(24), L24S08 (2007). doi:10.1029/2007GL029967

    Google Scholar 

  • S. Simon, U. Motschmann, K.-H. Glassmeier, Influence of non-stationary electromagnetic field conditions on ion pick-up at Titan: 3-D multispecies hybrid simulations. Ann. Geophys. 26(3), 599–617 (2008). doi:10.5194/angeo-26-599-2008

    ADS  Google Scholar 

  • S. Simon, U. Motschmann, Titan’s induced magnetosphere under non-ideal upstream conditions: 3D multi-species hybrid simulations. Planet. Space Sci. 57(14–15), 2001–2015 (2009). doi:10.1016/j.pss.2009.08.010

    ADS  Google Scholar 

  • S. Simon, F.M. Neubauer, C.L. Bertucci, H. Kriegel, J. Saur, C.T. Russell, M.K. Dougherty, Titan’s highly dynamic magnetic environment: a systematic survey of Cassini magnetometer observations from flybys TA–T62. Planet. Space Sci. 58(10), 1230–1251 (2010a). doi:10.1016/j.pss.2010.04.021

    ADS  Google Scholar 

  • S. Simon, A. Wennmacher, F.M. Neubauer, C.L. Bertucci, H. Kriegel, C.T. Russell, M.K. Dougherty, Dynamics of Saturn’s magnetodisk near Titan’s orbit: comparison of Cassini magnetometer observations from real and virtual Titan flybys. Planet. Space Sci. 58(12), 1625–1635 (2010b). doi:10.1016/j.pss.2010.08.006

    ADS  Google Scholar 

  • E.C. Sittler, N. André, M. Blanc, M. Burger, R.E. Johnson, A.J. Coates, A. Rymer, D. Reisenfeld, M.F. Thomsen, A. Persoon, M. Dougherty, H.T. Smith, R.A. Baragiola, R.E. Hartle, D. Chornay, M.D. Shappirio, D. Simpson, D.J. McComas, D.T. Young, Ion and neutral sources and sinks within Saturn’s inner magnetosphere: Cassini results. Planet. Space Sci. 56(1), 3–19 (2008). doi:10.1016/j.pss.2007.06.006

    ADS  Google Scholar 

  • E.C. Sittler, R.E. Hartle, C. Bertucci, A. Coates, T. Cravens, I. Dandouras, D. Shemansky, Energy deposition processes in Titan’s upper atmosphere and its induced magnetosphere, in Titan from Cassini-Huygens, ed. by R.H. Brown, J.-P. Lebreton, J. Hunter Waite (Springer, Berlin, 2009), pp. 393–453. Chapter 16

    Google Scholar 

  • J.A. Slavin, R.E. Holzer, Solar wind flow about the terrestrial planets. I—modeling bow shock position and shape. J. Geophys. Res. 86, 11401–11418 (1981). doi:10.1029/JA086iA13p11401

    ADS  Google Scholar 

  • J.A. Slavin, E.J. Smith, J.R. Spreiter, S.S. Stahara, Solar wind flow about the outer planets—gas dynamic modeling of the Jupiter and Saturn bow shocks. J. Geophys. Res. 90, 6275–6286 (1985). doi:10.1029/JA090iA07p06275

    ADS  Google Scholar 

  • H.T. Smith, M. Shappirio, R.E. Johnson, D. Reisenfeld, E.C. Sittler, F.J. Crary, D.J. McComas, D.T. Young, Enceladus, a potential source of ammonia products and molecular nitrogen for Saturn’s magnetosphere. J. Geophys. Res. 113, A11206 (2008). doi:10.1029/2008JA013352

    ADS  Google Scholar 

  • H.T. Smith, D.G. Mitchell, R.E. Johnson, C. Paranicas, Investigation of energetic proton penetration in Titan’s atmosphere using the Cassini INCA instrument. Planet. Space Sci. 57(13), 1539–1546 (2009). doi:10.1016/j.pss.2009.03.013

    ADS  Google Scholar 

  • D.J. Southwood, M.G. Kivelson, Saturnian magnetospheric dynamics: elucidation of a camshaft model. J. Geophys. Res. 112, A12222 (2007). doi:10.1029/2007JA012254

    ADS  Google Scholar 

  • D.F. Strobel, S.K. Atreya, B. Bézard, F. Ferri, F.M. Flasar, M. Fulchignomi, E. Lellouch, I. Müller-Wodarg, Atmospheric structure and composition, in Titan from Cassini-Huygens, ed. by R.H. Brown, J.-P. Lebreton, J. Hunter Waite (Springer, Berlin, 2009), pp. 235–258. Chapter 10

    Google Scholar 

  • K. Szego, K.-H. Glassmeier, R. Bingham, A. Bogdanov, C. Fischer, G. Haerendel, A. Brinca, T. Cravens, E. Dubinin, K. Sauer, L. Fisk, T. Gombosi, N. Schwadron, P. Isenberg, M. Lee, C. Mazelle, E. Möbius, U. Motschmann, V.D. Vitali, B. Tsurutani, G. Zank, Physics of mass loaded plasmas. Space Sci. Rev. 94(3/4), 429–671 (2000)

    ADS  Google Scholar 

  • K. Szego, Z. Bebesi, C. Bertucci, A.J. Coates, F. Crary, G. Erdös, R. Hartle, E.C. Sittler, D.T. Young, Charged particle environment of Titan during the T9 flyby. Geophys. Res. Lett. 34, L24S03 (2007). doi:10.1029/2007GL030677

    Google Scholar 

  • K. Szego, Z. Nemeth, G. Erdos, L. Foldy, M.F. Thomsen, D.M. Delapp, The plasma environment of Titan: the magnetodisk of Saturn near the encounters as derived from ion densities measured by the Cassini/CAPS plasma spectrometer. J. Geophys. Res. 116, A10219 (2011). doi:10.1029/2011JA016629

    ADS  Google Scholar 

  • M.F. Thomsen, D.B. Reisenfeld, D.M. Delapp, R.L. Tokar, D.T. Young, F.J. Crary, E.C. Sittler, M.A. McGraw, J.D. Williams, Survey of ion plasma parameters in Saturn’s magnetosphere. J. Geophys. Res. 115, A10220 (2010). doi:10.1029/2010JA015267

    ADS  Google Scholar 

  • V.M. Vasyliūnas, A survey of low-energy electrons in the evening sector of the magnetosphere with OGO 1 and OGO 3. J. Geophys. Res. 73, 2839 (1968)

    ADS  Google Scholar 

  • V.M. Vasyliūnas, Plasma distribution and flow, in Physics of the Jovian Magnetosphere. Cambridge Planetary Science Series, ed. by A.J. Dessler (Cambridge University Press, Cambridge, 1983),

    Google Scholar 

  • J.-E. Wahlund, R. Boström, G. Gustafsson, D.A. Gurnett, W.S. Kurth, A. Pedersen, T.F. Averkamp, G.B. Hospodarsky, A.M. Persoon, P. Canu, F.M. Neubauer, M.K. Dougherty, A.I. Eriksson, M.W. Morooka, R. Gill, M. André, L. Eliasson, I. Müller-Wodarg, Cassini measurements of cold plasma in the ionosphere of Titan. Science 308(5724), 986–989 (2005). doi:10.1126/science.1109807

    ADS  Google Scholar 

  • J.H. Waite, D.T. Young T.E. Cravens, A.J. Coates, F.J. Crary, B. Magee, J. Westlake, The process of tholin formation in Titan’s upper atmosphere. Science 316(5826), 870–875 (2007). doi:10.1126/science.1139727

    ADS  Google Scholar 

  • J.H. Waite, D.T. Young, J. Westlake, J.L. Lunine, C.P. McKay, W.S. Lewis, High-altitude production of Titan’s aerosols, in Titan from Cassini-Huygens, ed. by R.H. Brown, J.-P. Lebreton, J.H. Waite (Springer, Berlin, 2009), pp. 201–214. Chapter 8

    Google Scholar 

  • H.Y. Wei, C.T. Russell, A. Wellbrock, M.K. Dougherty, A.J. Coates, Plasma environment at Titan’s orbit with Titan present and absent. Geophys. Res. Lett. 36, L23202 (2009). doi:10.1029/2009GL041048

    ADS  Google Scholar 

  • H.Y. Wei, C.T. Russell, M.K. Dougherty, F.M. Neubauer, Y.J. Ma, Upper limits on Titan’s magnetic moment and implications for its interior. J. Geophys. Res. 115, E10007 (2010). doi:10.1029/2009JE003538

    ADS  Google Scholar 

  • J.H. Westlake, J.M. Bell, J.H. Waite Jr., R.E. Johnson, J.G. Luhmann, K.E. Mandt, B.A. Magee, A.M. Rymer, Titan’s thermospheric response to various plasma environments. J. Geophys. Res. 116, A03318 (2011). doi:10.1029/2010JA016251

    Google Scholar 

  • R.J. Wilson, R.L. Tokar, M.G. Henderson, T.W. Hill, M.F. Thomsen, D.H. Pontius Jr., Cassini plasma spectrometer thermal ion measurements in Saturn’s inner magnetosphere. J. Geophys. Res. 113, A12218 (2008). doi:10.1029/2008JA013486

    ADS  Google Scholar 

  • R.M. Winglee, D. Snowden, A. Kidder, Modification of Titan’s ion tail and the kronian magnetosphere: coupled magnetospheric simulations. J. Geophys. Res. 114, A05215 (2009). doi:10.1029/2008JA013343

    Google Scholar 

  • D.A. Wolf, F.M. Neubauer, Titan’s highly variable plasma environment. J. Geophys. Res. 87, 881–885 (1982)

    ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to C. S. Arridge .

Editor information

Editors and Affiliations

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2011 Springer Science+Business Media B.V.

About this chapter

Cite this chapter

Arridge, C.S. et al. (2011). Upstream of Saturn and Titan. In: Szego, K. (eds) The Plasma Environment of Venus, Mars, and Titan. Space Sciences Series of ISSI, vol 37. Springer, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-3290-6_3

Download citation

Publish with us

Policies and ethics