行星际空间多重磁云的研究与展望

多重磁云是行星际空间中的一类特殊的复杂抛射结构.它们是由于日冕物质抛射(CME)相互追赶、相互作用形成的,具有显著的地球空间环境效应.自从我们于2002年发现并确认了第一个多重磁云事件后,国际上对此开展了大量的研究.本文简要回顾多重磁云的相关研究工作和取得的成果,并分析研究过程中遇到的问题和瓶颈,最后对行星际动力学以及空间科学的发展进行展望.     

我国行星际闪烁观测概述

太阳风及日冕物质抛射(CME)是地球空间环境扰动的主要驱动源,监测和研究太阳风对研究日地物理和进行日地空间环境预报具有重要意义.地基行星际闪烁观测为监测和研究太阳风及行星际空间提供了经济有效的手段.同时,行星际闪烁观测为研究激波、CME等现象的传播路径提供了有效途径,具有重大的科研和应用价值.我国行星际闪烁观测研究开始较晚,始于20世纪90年代.本文对我国行星际闪烁观测研究概况进行综述.     

基于频谱突变分析的日冕物质抛射识别方法

提出一种从空间日冕观测图像中自动识别日冕物质抛射事件(CME)并分析计算事件特征参数的新方法,该方法主要包括以下3个步骤:通过预处理去除原始观测图像中的各种噪声;针对CME的视觉统计特性,利用频谱突变分析从预处理后的观测图像中准确分离CME像区域;基于区域协方差分析提取出角宽度、速度等CME特征参数.由于采用了频谱突变分析技术而非亮度增强检测技术来检测CME,该方法在识别多重和晦暗CME时具有更好的效果.     

冕流波及其冕震学应用研究综述

本文综述了我们近两年来在冕流波(Streamer Waves)现象研究方面的进展。冕流波是由日冕物质抛射(CME)和冕流结构相互作用所激发的、沿等离子体片向外传播的波动过程,是迄今发现的最大尺度的日冕波动现象。冕流波被解释为由冕流等离子体片片状结构所支持的快体积扭曲模式。基于这一理解,我们结合有关的太阳风速度和数密度方面的观测限制,发展了一种新的冕震学方法,可利用波动参数的观测结果推断冕流等离子体片区域在3-10太阳半径范围的阿尔芬速度和磁场强度的径向剖面。我们还在第23太阳活动周内找到了8例较好的CME-冕流摆动事件,其中5例被认定为冕流波事件。比较这些事件发现,导致冕流波激发的CME都具有很高的喷发速度和角宽度,CME与冕流大都从侧面发生相互作用,且作用的最初位置大都位于C2视场的底部或下方,所有正面CME均伴有耀斑现象。这些共同观测特征为我们理解冕流波的激发条件提供了线索。     

太阳爆发的抵近探测

本工作将介绍一项具有重大科学和实际意义的深空探测任务,这项任务的顺利实施将允许我们在一个前所未有的近距离上以遥感和实地探测手段相结合的方式观测和研究一颗恒星的磁活动以及磁重联区域.首先,我们将首次直接进入太阳风暴的核心能量释放区——磁重联电流片内部,对其中的磁场耗散、能量转换、带电粒子加速等重要过程的细节进行精细实地测量和研究.其次,我们将对太阳风暴,即日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection, CME)的物质成分和内部结构进行直接探测,帮助我们深入研究和了解CME的爆发机制和其中的物质来源;实地探测快CME前面的快模激波,被磁重联和CME激波加速的带电粒子及其所产生的电磁辐射.第三,我们将在离开太阳5-10个太阳半径的距离上直接测量日冕磁场-太阳活动的能量来源.第四,利用成像和光谱观测手段,我们能够近距离地观测和研究太阳高层大气中的动力学过程.目前在地球附近对日冕常规观测的分辨率在1.5′′,甚至更差,而通过抵近观测可以将同样设备的分辨能力提高5-30倍,将为我们提供在地球附近无法获得的太阳超清晰图像以及相应的物理信息,让我们在一个前所未有的平台上来研究、认识和了解距离我们最近、对我们最重要的恒星,从而解决太阳爆发和日冕加热等长期困扰太阳物理研究领域的难题.这也将使我们获得唯一的、能够对发生在恒星大气中的磁重联过程进行直接或者是抵近探测的机会!     

太阳日冕的物理学导论

在过去的十年里，开创了太阳空间探测的新时代，从X射线、软X射线到射电在许多波段进行的探测和观测．覆盖了全波段。本书全面地介绍了太阳物理学，用等离子体物理深入地讲解了太阳日冕物理，讨论了等离子体的不稳定性、等离子体加热、磁重联和粒子加速过程，并给出了日冕加热和辐射在所有恒星中的基本过程的最后结果，详细地介绍了诸如太阳耀斑和日冕物质抛射等壮观现象。     

流体介质中波传播的解析方法和数值方法

本书是《系统的稳定性、振动和控制》系列丛书A系列的第7卷。此书主要介绍双曲型波动方程的解析方法和数值方法。此外还给出了许多流体中有趣的波现象。例如：声波、空气污染物的散发、在日冕中的磁流体动力波、太阳风与金星的相互作用和离子．声的孤立子。     

太阳磁场和太阳活动

正太阳活动是指太阳大气中由磁场变化引起的各类等离子体加热、运动和辐射增亮现象。太阳大气中最剧烈的活动现象是日冕物质抛射和太阳耀斑,前者可抛射出巨量的磁化等离子体至行星际空间,后者可在短时间内释放出大量的高能辐射和高能粒子,它们是日地空间灾害性天气的扰动源。太阳活动的基本根源是太阳磁场,而太阳磁场由发电机产生,较集中地分布于各类活动区中,或弥散地分布在宁静区中。偏离势场的磁场可以储存能量,当磁结构的演化达到一个临界点或者受到某种触发机制的作用时,就会产生太阳爆发现象。因此,研     

三维磁场重联双零点附近的低混杂波的观测

磁场重联是等离子体中一个非常重要的基本物理过程．它能够改变磁场拓扑结构,加热和加速粒子,因而在实验室和自然界等离子体中起着重要的作用．2001年10月1日,Cluster卫星多次穿越磁重联区,Xiao等人首次局地观测到了零点对的存在,并且发现零点振动的功率谱在低混杂波频率附近有最大值．主要研究了双零点附近伴随磁重联过程的位于低混杂波频率附近的电磁波和静电波动增强,并且通过谱分析等确认该波动为准垂直传播的低混杂波．     

2003年10月与11月两次主要日冕物质抛射事件的空间天气效应比较

研究了分别发生在2003年10月28日和2003年11月18日的两次相似的强烈日冕物质抛射(CME)事件.通过比较这两次CME事件以及它们的行星际响应,分析了其伴随的两种主要空间天气效应:太阳高能粒子事件和地磁暴.这两次CME事件均伴随有一个强耀斑和一次暗条爆发,并且之前都有一个较弱的CME从同一源区产生.第一个CME事件引起了一次极大的太阳高能粒子事件,而第二个则没有引起明显的太阳高能粒子事件.这两次CME事件均引起了大的地磁暴,且第二个CME所引起的地磁暴比第一个CME所引起的地磁暴更强.通过比较分析这两次CME事件,以及与之相关的活动现象和对应的行星际磁云(MC),讨论了这两次CME引起不同空间天气效应的原因:形成不同强度的太阳高能粒子事件在于CME爆发过程中的能量释放率在这两次事件中显著不同,而地磁暴强度的差异则是由行星际MC轴的方向以及MC经过地球时的相对位置不同造成的.     

影响物理学发展的8个问题

本文论述影响物理学发展的8个问题：①在波粒二象性理论中，何处是“波有粒子性”的频率（波长）分界；②如何看Newton力学与相对论力学的分歧；③非相对论性量子波方程与相对论性量子波方程是否对立；④狭义相对论与量子力学究竟有无矛盾；⑤因果性是不是“自然科学家的底线”；⑥负速度是什么；⑦超前波、引力波是否存在；⑧基本物理常数会不会变化。本文认为对这些基本问题作梳理和澄清是很重要的．有助于找到物理学界再次陷入迷茫的原因。     

Alfven波对日冕的随机湍动加热

来自太阳光球层的Ａｌｆｖｅｎ波沿着日冕环的拱形磁感线两足向上传播，在冕环的顶部两反向传播的波相遇，强烈的不稳定性可能激发起等离子体湍动。Ａｌｆｖｅｎ波的能量可能转移给快磁声波并衰减和耗散。在一定条件下可以形成无碰撞波；当粒子的热速度接近于无碰撞波的相速度时，可以通过朗道阻尼引起的无碰撞随机湍动加热，使日冕等离子体湍动区的温度迅速上升，对日冕平均温度的增加有一定的贡献，是日冕快速加热的重要机制。     

磁声波的由来

本文概述了磁流体动力学并讨论了在无限大传导率的不可压缩流体中磁流体动力波的传播。同时指出必须在磁场内不同压缩流体中,对磁流体动力运动进行研究。     

三维多层流动过孤立山脉产生的山脉重力波的数值试验

利用中尺度数值模式ARPS研究了分层流动大气中的非线性山脉重力波。分层流动过孤立山脉所产生的山脉重力波的数值模拟表明,具有两层模式结构的气流过孤立山脉产生一个发散模态的拦截背风波,同线性理论模式计算结果具有基本相同的流动特征。但是具有三层模式结构的气流过孤立山脉所产生的非线性山脉重力波和大气船波表现出同两层模式结构的气流完全不同的流动特征,因非线性相互作用在山脉背风面产生了2个发散波模态的拦截背风波向山脉下游传播,具有同两层模式和线性理论模式相比更加复杂的波动特征。     

高速太阳风中质子的随机湍动加热

在高速太阳风中，Ａｌｆｖｅｎ波在传播过程中其能量可能转移给快磁声波，当磁场强度和Ａｌｆｖｅｎ波速度趋于零时，快磁声波将转变为离子声波。通过对质子的随机湍动加热，而导致高速太阳风中质子平均温度高于电子的平均温度。     

波粒二象性理论与波速问题探讨

速度是宏观的概念;在量子力学中速度表示什么,本来无法回答。在半经典理论中,为重新定义速度,可取v→=▽S/m[m是粒子质量,S满足ψ=Aexp(j S/h)]。这样虽建立了速度与波函数的联系,却不是波科学中必需而有用的波速概念。真空中光速c是一个普遍性基本物理常数,量子力学显然也需要这个参数,亦即新波动力学需要这个物理量。从人类实践过程和结果看,科学家若企图确定c的最精确值,必须依靠标量方程c=fλ这样的标量描述才能实现。现代物理学认为波速度(相速vp、群速vg)是标量而非矢量。波动具有独特的科学性质,其规律与经典力学不同,它需要量子力学支持,又不等同于严格的量子力学。目前尚无单独一个理论能完美解释波科学问题,处在经典物理和量子物理并用的局面。电磁场的量子化过程为光的波粒二象性提供了基本的数学诠释,即连续展布于空间的电磁场在量子化后得到光子。尽管如此,"光子是什么"的难题仍困扰着科学家。通常认为电子的物质波是几率波,光子的波动是电磁波而非几率波。但在分析处理双光子纠缠时又在使用几率波理念,这样光子的波是什么仍未解决。另外,电子几率波与Schrdinger方程对应,但有一种观点认为光子几率波尚无可对应的波方程。另一方面,物质波相速的物理意义并不清晰;而de Broglie波的相速是超光速的,对此还需要更多的说明。类似的许多例子表明,波粒二象性仍是现代物理学中的一个待解之谜。最后,近年来对负波速(NWV)的研究既使波科学更加丰富,也为发展理论思维提供了新的契机。     

磁化等离子体中的涡旋湍流和反常扩散

研究磁化等离子体中短波漂移阿尔芬波涡旋结构．采用涡旋气体动力学模型，估计出等离子体涡旋湍流谱，并求出反常扩散系数．研究结果表明，涡旋湍流产生的反常扩散系数与扰动场振幅的平方根成正比．     

磁暴非线性起源的四种孤子机制

引起磁暴的主要原因是太阳耀斑等产生的太阳风,本文基于磁暴起源的非线性机制,讨论了四种孤子模型：1．已知的Alfven波及相应的变形kd方程。2．Langmuir波及其方程与相关的非线性Schrodinger方程。3．一般的离子声波和磁流体动力学波的kdV方程。4．太阳风粒子密度的非线性Dirac方程,各种原因导致的这些方程都有孤子解。它们的起因和脉冲性可以为磁暴的预报提供一种理论基础。     

ITER不同设计方案下的离散阿尔芬本征模

用一个打靶法的程序分别研究ITER装置三种不同的设计方案下离散阿尔分本征(αTAE)的物理特性。发现感应方案不利于αTAE的形成,而在混合方案和稳态方案下,部分(s,α)模型能够进入气球模第二稳定区,尤其是在稳态方案下,有一半以上的径向范围都能进入第二稳定区。在这些区域内相对较大的α都能够形成有效势阱并捕获αTAE,这些被捕获的αTAEs的耗散率都很低,具有准边缘稳定性,很容易被高能量粒子激发成不稳定模式。     

单模光纤中光孤子通信的研究

主要从单模光纤传输模型——常系数和变系数非线性薛定愕方程出发，运用最近得到发展的求精确解的扩展的双曲函数法、F-展开法、基于AKlVS技术的DarbOUX变换方法等方法和求数值解的Adomian分解方法，求得了孤波解，研究了基本光孤波和双孤波在单模光纤中的传输情况，为进一步实现超高速、大容量的光信息传输提供一定的理论依据．