TC-1卫星在近地磁尾(9~13 RE)探测到的对流型高速流和场向高速流

对2004~2006年期间每年的6~11月(2006年截止到10月), 共17个月的TC-1卫星上4 s精度的FGM和HIA数据进行了统计分析. 统计结果显示: 在区域(-14 R_E < X <-9 R_E, |Y |< 10 R_E, |Z| < 5 R_E)内, TC-1卫星共观测到的高速流事件共465起, 其中对流型高速流94起, 场向流型事件371起. 对流型高速流和场向高速流有明显不同, 主要表现在: 对流型高速流流场和磁场夹角超过45°, B_x磁场强度小于15 nT较弱, β 的最可几值为0.4; 场向高速流流场和磁场夹角的最可几值为20°, B_x磁场强度的最可几值约为30 nT, b 的最可几值0.1. 对流型高速流主要发生在等离子体片内; 场向高速流主要分布在等离子体片边界层附近. TC-1卫星的观测结果表明, 近地对流型高速流与爆发性整体高速流(bursty bulk flows, BBFs)的特性一致, 说明有相当数量的BBFs是可以进入近地13 R_E以内的. 由于对流型高速流能够更有效的向近地磁尾输运能量, 有可能会对亚暴触发过程产生重要的影响.     

三维磁重联观测研究进展

磁重联是等离子体中最主要的能量转换过程, 在耀斑、CME和磁层亚暴等空间等离子体物理和空间天气学过程以及磁约束核聚变的磁流体力学稳定性研究中起着关键作用, 是等离子体物理的一个基本问题. 除周期性边界条件, 如环形磁约束核聚变装置外, 一般情况下三维磁重联都发生在以磁零点为基点的磁场拓扑分形面上. 本文简要介绍三维磁重联中磁零点的理论和卫星观测进展, 并对今后的发展作一简要分析.     

地球磁层内近地磁尾流场的分布特性:探测一号卫星的观测结果

TC-1卫星的观测清晰表明近地磁尾流场的流速随地心距离变化. 其中尾向流的流速随地心距离的增加而逐渐增强, 并且有从晨昏两侧向夜侧运动的趋势; 地向对流的流速随地心距离的下降而逐渐下降, 并且有自夜侧向晨昏两侧运动的趋势. 尾向流和地向对流在不同等离子体区域的分布有明显不同: 在低纬瓣区以尾向流为主; 在等离子体片边界层尾向流和对流都较强; 在等离子体片内以地向流为主. 近地磁尾流场的一个重要特征是尾向流和地向流在11 R_E附近形成了一个明显的强流分布区域, 在此区域地向流和尾向流的流速都较强. 强流分布区域的位置和亚暴膨胀相触发区域的位置一致, 可能对亚暴膨胀相的触发有重要的影响. 另外TC-1卫星的观测显示来自中磁尾的BBF和对流有明显区别. BBF基本上分布在9 R_E以外, 且主要发生在|Z|<3 R_E区域.     

关于磁重联区三维磁零点的卫星观测研究

磁重联是等离子体中磁场能量快速转换为粒子动能和热能的主要途径,是空间物理和等离子体物理中的重要现象.磁重联过程发生在磁场的拓扑分形面上;这种分形面一般是由磁零点附近磁场梯度张量的本征矢量确定的.磁零点的三维特性要求至少空间4点的同时测量.Cluster计划提供了迄今为止唯一的卫星测量手段.基于Poincare指数方法分析Cluster卫星在地球磁尾的探测数据,(1) 找到了磁重联过程中存在4种磁零点的证据;(2) 发现磁零点周围磁场的空间特征尺度大约为离子惯性长度,从而首次揭示霍尔效应可能在三维磁重联中起重要作用;(3) 在重联区找到匹配的磁零点对,并计算出零点连线的长度,确定了所产生的磁场的拓扑分形面;(4) 发现在零点连线附近存在低杂波频率的电磁振荡,这为磁重联过程中可能的电子加速、加热机制提供了观测基础.     

磁零点与三维磁重联几何结构的卫星观测研究

地球大气层以外的广袤太空中,99%以上的可见物质都是由局地电荷密度近似相等的离子和电子组成的等离子体.……     

三维Hall MHD数值模拟中初始载流子对场向电流分布的影响

用Hall MHD数值模拟的方法研究了Hall等离子体中不同初始粒子载流情形下磁场拓扑形态结构的改变以及场向电流与Alfven波的产生．在考虑了初始离子载流子的影响后，模拟结果中磁场的拓扑形态结构更加复杂．模拟结果中除了传统的By四极结构以外，还出现了一个与传统By四极结构相反的反四极结构，这种结构的出现使Hall MHD理论能解释完全电子载流情形下不能解释的观测现象，作为事例给出了Cluster卫星观测事例．同时还得出以下几个非常有意义的结果：1）受Hall效应影响的区域（空间变化尺度小于或相当离子回旋半径的区域）电子与离子分离．在非Hall效应影响的大部分区域，受初始离子＋y方向运动的影响整个磁结构向＋y方向偏移；而在受Hall影响的较小区域，受电子运动影响磁力线向-y方向弯曲．随之，By产生；2）由于By的出现，场向电流（FACs）产生．与完全电子载流的情形相比，结果中场向电流分布的中心随离子载流比例的增加向＋y方向偏移，场向电流主要分布在y〉0的区域；3）模拟结果中Ae≈0．76，Ai≈1．36，Ae×Ai≈1．03，完全符合Hall等离子体中的瓦伦关系，证实了Alfven波的存在．     

行离子对近地场向电流的影响

采用三维resistive MHD数值模拟方法研究了上行离子对近地磁尾场向电流的影响. 模拟结果显示起源于夜侧电离层极光椭圆带源区的上行离子沿等离子体片边界层进入磁尾, 对近地磁尾场向电流有着重要的影响. 上行离子对场向电流的影响主要在近地磁尾(15 Re以内); 场向电流密度随上行离子通量增加而增加; 在通量相同的条件下, 上行离子速度越高, 场向电流密度越高; 近地磁尾场向电流密度与上行离子的纬度密切相关, 来自电离层较低纬度接近闭合磁力线区域的上行离子流更容易引起场向电流密度的增强; 由上行离子引起的场向电流和By 磁场分量有直接关系. 最后进一步将上行离子引起的近地磁层场向电流密度与电离层高度的场向电流密度进行了比较.     

TC-1卫星在近地磁尾观测到的持续尾向流事件

2004年7月11日ACE卫星、Imagine卫星和TC-1卫星联合观测到伴随有持续尾向流的亚暴过程. TC-1卫星在近地磁尾晨侧观测到的磁尾亚暴过程有三个阶段: 增长相过程(11:43~12:19), 预膨胀过程(12:19~12:28)和偶极化过程. Imagine卫星在12:26观测到极光突然增亮; 2 min后偶极化过程发生. 尾向流的持续时间约45 min, 经历了增长相和预膨胀相. 随偶极化过程的发生, TC-1卫星进入等离子体片内观测到高速地向流. 尾向流具有明显的高密、低温和沿磁场方向流动的特征, 与Cluster等卫星在近地磁尾观测到的电离层上行离子流特征吻合. 卫星的联合观测表明近地磁尾尾向流与南向行星际磁场密切相关, 对亚暴过程有重要影响.