Electrodynamical features of the black aurora, and its optical counterpart, the aurora, are discussed on the basis of electric field, magnetic field and particle observations by Freja. Extraordinarily intense (1-2Vm-1) and small-scale (1 - 5 km) electric fields have been observed by the Freja satellite mostly in association with black aurora (vortices and east - west dark filaments) but also in association with auroral structures such as spirals and surges. The former structures are characterized by diverging electric fields, dropouts of energetic electron precipitation, precipitating or transversely energized ions and downward field-aligned currents carried by upward fluxes of ionospheric electrons, opposite to the characteristics of the aurora. The black auroral structures are associated with localized ionospheric density depletions below that of the ambient density and the field magnitude is found to be anticorrelated to the conductivity. During conditions of minimum conductivity small-scale diverging electric fields of 1Vm-1 occasionally exist down to 800 km. We suggest that the diverging electric fields observed by Freja are associated with low-altitude and narrow (≈1-2Km) potential structures similar to the auroral potential structures at higher altitude but associated with a positive space charge and a downward parallel electric field. This is supported by Freja observations of intense upward electron beams and positive potential peaks as well as by low-altitude electric field observations by the S3-3 and Viking satellites. The electric field characteristics of auroral surges and large-scale auroral spirals are very different from those of the black aurora. This will be exemplified by high-resolution electric field, magnetic field, particle and UV-imager observations from oblique Freja crossings of the eveningside auroral oval. The ambient electric field is found to intensify in the direction towards the centre of the auroral spiral which confirm previous findings that the surge and spiral head is associated with negative space charge and an intense upward field-aligned current. A pass directly through the surge head, however, reveals a very inhomogeneous and complicated picture of the surge such as narrowly structured, intense (up to 700 mV m-1) converging electric fields, intense electron precipitation and balanced field-aligned currents (up to 30μAm-2) embedded within an extended region of intense high-energy electron precipitation, weak electric fields and field-aligned currents. According to some surge models, a pronounced westward electric field component and a southward polarization electric field is expected within the entire high-conductivity region but evidence in support of this was not found in the data. Rather, these suggest that a significant part of the upward surge current is closed by distributed downward field-aligned currents from the near surroundings. The surge electric field is much more intense than previously observed or anticipated at these altitudes, having characteristics rather similar to those observed in the auroral acceleration region.
ブラックオーロラの電気力学的特徴と、その光学 counterpart であるオーロラについて、Freja による電場、磁場、粒子観測に基づいて議論する。Freja 衛星によって、極めて強い（1-2 Vm⁻¹）かつ小規模な（1-5 km）電場が、主にブラックオーロラ（渦状構造および東西方向の暗いフィラメント）に伴って観測されたが、スパイラルやサージなどのオーロラ構造にも伴って観測された。前者の構造は、発散型電場、高エネルギー電子降下の欠落、降下または横方向に加速されたイオン、および電離圏電子の上向きフラックスによって担われる下向き沿磁力線電流によって特徴づけられ、これはオーロラの特徴とは対照的である。ブラックオーロラ構造は、周囲の密度よりも低い局所的な電離圏密度の減少と関連しており、電場の大きさは電気伝導度と逆相関することが見出された。最小伝導度の条件下では、小規模な発散型電場（1 Vm⁻¹）が高度 800 km まで時折存在する。Freja によって観測された発散型電場は、高高度のオーロラポテンシャル構造に類似するが、正の空間電荷と下向きの平行電場を伴う、低高度かつ狭い（約 1-2 km）ポテンシャル構造と関連していることを示唆する。これは、Freja による強い上向き電子ビームと正のポテンシャルピークの観測、ならびに S3-3 および Viking 衛星による低高度電場観測によって裏付けられる。オーロラサージおよび大規模オーロラスパイラルの電場特性は、ブラックオーロラのそれとは大きく異なる。これは、夕方側オーロラオーバルを斜めに横切る Freja の高分解能電場、磁場、粒子、UV イメージャー観測によって例証される。周囲の電場は、オーロラスパイラルの中心方向に向かって強まることが見出され、これはサージおよびスパイラルの头部が負の空間電荷と強い上向き沿磁力線電流に関連するという従来の知見を裏付ける。しかし、サージ头部を直接通過した場合、狭く構造化された強い（最大 700 mV m⁻¹）収束型電場、強い電子降下、およびバランスした沿磁力線電流（最大 30 μA m⁻²）など、極めて不均一で複雑なサージの様相が明らかになる。これらは、強い高エネルギー電子降下、弱い電場、および沿磁力線電流からなる広域的な領域に埋め込まれている。いくつかのサージモデルによれば、顕著な西向き電場成分と南向き分極電場が高伝導度領域全体で期待されるが、これを支持する証拠はデータに見出されなかった。むしろ、これらは、上向きサージ電流のかなりの部分が、近傍周辺領域からの分布した下向き沿磁力線電流によって閉じられていることを示唆する。サージ電場は、これらの高度における従来の観測または予想よりもはるかに強く、オーロラ加速領域で観測されるものとかなり類似した特徴を有する。