The Jovian Auroral Distributions Experiment Ion sensor (JADE-I) on NASA’s Juno mission provides in-situ measurements of ions from 0.1 to 46.2 keV/q inside Jupiter’s magnetosphere. JADE-I is used to study the plasma with two types of datasets from the same measurement: Time-of-flight (TOF) and SPECIES. The TOF dataset provides mass-per-charge measurements with a range of 1–64 amu/q but oversamples particles over 6π steradian viewing per spacecraft spin and has little directional information. On the other hand, the SPECIES dataset can provide a good measurement of the flow direction but does not provide mass-per-charge information due to the telemetry limit. In this study, we developed a 2-step forward modeling method that combines the advantages and avoids the disadvantages of TOF and SPECIES data to derive the 3-D properties of heavy ions. Assuming that the ion velocity distribution can be described with the kappa distribution, we first perform the forward model fit of the TOF data to calculate the relative abundance of heavy ion species. Then we fix the relative abundance and perform the second forward model fit on the SPECIES data. Using this method, we obtain the densities of different heavy ions, the shared temperature and kappa value, and the 3-D flow velocity vector. Some data examples of the equatorial plasma disk before Perijove 24 are included to demonstrate the method. Plasma properties can then be mapped to explore spatial and temporal variabilities in Jupiter’s magnetosphere.

中文翻译：

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使用 Juno/JADE-I 数据对木星磁层中的 3-D 离子特性进行正演建模

NASA 朱诺任务中的木星极光分布实验离子传感器 (JADE-I) 可对木星磁层内 0.1 至 46.2 keV/q 的离子进行原位测量。 JADE-I 用于研究等离子体，具有来自同一测量的两种类型的数据集：飞行时间 (TOF) 和 SPECIES。 TOF 数据集提供范围为 1-64 amu/q 的每电荷质量测量，但对每次航天器旋转超过 6 π球面度观察的粒子进行过采样，并且几乎没有方向信息。另一方面，SPECIES 数据集可以很好地测量流向，但由于遥测限制，无法提供每电荷质量信息。在本研究中，我们开发了一种两步正向建模方法，该方法结合了 TOF 和 SPECIES 数据的优点并避免了缺点，以推导重离子的 3-D 特性。假设离子速度分布可以用kappa分布来描述，我们首先对TOF数据进行正向模型拟合来计算重离子物种的相对丰度。然后我们修复相对丰度并对物种数据执行第二个正向模型拟合。使用这种方法，我们可以获得不同重离子的密度、共享温度和卡伯值以及 3-D 流速矢量。包括近木星24之前的赤道等离子体盘的一些数据示例来演示该方法。然后可以绘制等离子体特性，以探索木星磁层的空间和时间变化。