電磁離子回旋波是內(nèi)磁層中的一種重要等離子體波,它能與空間中的帶電粒子發(fā)生共振相互作用,引起帶電粒子的投擲角散射和能量變化。電磁離子回旋波的激發(fā)會受到多種空間環(huán)境因素的影響,如磁場結(jié)構(gòu)、等離子體密度梯度、離子注入和磁暴活動等,其中熱離子成分的影響至關(guān)重要。本文基于RBSP衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù),利用線性理論和混合模擬方法研究了熱離子對電磁離子回旋波激發(fā)的影響,并利用非線性理論分析了熱氫離子對上升調(diào)電磁離子回旋波的振幅閾值的影響。我們首先提取了2017年8月至2018年2月期間,RBSP-B衛(wèi)星觀測到的69個電磁離子回旋波事件。衛(wèi)星觀測結(jié)果顯示,波動容易在等離子體層頂交界處及外部區(qū)域激發(fā);而且在亞暴發(fā)生期和地磁平靜期均有波動激發(fā)。在線性理論研究中,我們將能量低于200 eV的熱氫離子近似按照冷等離子體處理,其他熱離子成分取衛(wèi)星觀測值,計算得到的波激發(fā)頻帶與衛(wèi)星觀測結(jié)果非常吻合。本文重點研究了熱離子對氧帶電磁離子回旋波激發(fā)產(chǎn)生的影響。結(jié)果顯示,溫度各向異性熱氧離子（O⁺）、熱氦離子（He⁺）和熱氫離子（H⁺）都可以在氧帶激發(fā)出電磁離子... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

地球磁層示意圖

熱離子影響電磁離子回旋波激發(fā)的理論分析與模擬研究如圖 1.1 所示，地球磁層由磁層頂（Magnetopause）、磁鞘（Magnetosheath）、極尖區(qū)（Cusp）、等離子體片（PlasmaSheet）、等離子體幔（PlasmaMantle）、等離子體層（Plasmasphere）、中性片（Neutral Sheet）、輻射帶（Radiation belt）、磁尾（Magnetotail）等結(jié)構(gòu)組成。1.1.1 地球輻射帶地球輻射帶（圖 1.2）于 1958 年由探險者 1 號首次發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域磁場可以捕獲大量高能帶電粒子。輻射帶被等離子體密度較低的槽區(qū)劃分為內(nèi)輻射帶和外輻射帶。內(nèi)輻射帶一般位于 1.1-2.5 個地球半徑之間，緯度范圍在南北緯 40°之間，主要成分包括能量大于 0.5 MeV 電子和能量介于 1-100MeV 之間的質(zhì)子。外輻射帶一般位于 3-7 個地球半徑之間，緯度范圍在南北緯 60°之間，主要成分包括能量介于 0.04-7 MeV 之間的電子和能量小于 5 MeV 的質(zhì)子。在內(nèi)輻射帶和外輻射帶之間存在一個槽區(qū)，在這個區(qū)域中高能粒子較少，對航天器來說相對于內(nèi)外帶較為安全。

pj其中 Ipj為某種模擬粒子的粒子計數(shù)，Ipj=1,2,…, Npj。Npj為該種離子的總離子個數(shù)，XMAX 為模擬系統(tǒng)的空間尺度。由式2.11得到的每種離子按照一定的空間步長均勻的分布在空間網(wǎng)格中。2.2.2 離子速度分布空間中存在各種帶電粒子，這些粒子的速度一般呈現(xiàn)出某一種規(guī)律性的分布。在磁層物理的研究當(dāng)中，損失錐分布是一種常用的粒子速度分布[40-43]，其表達式如式 2.12： 2||||3 2 2 2|| ||2 2 22 2 21, exp1exp exp exp1vf v vv v v (2.12)其中 v||和 v⊥為粒子的平行速度和垂直速度， 和 為粒子的平行熱速度和垂直熱速度。在損失錐分布中，影響速度分布概率的因素主要有：粒子溫度的各向異性 As，以及△值和 β 值。對于不同的粒子可以有不同的分布參數(shù)，對于不同能量段的同一種粒子也可以有不同的分布參數(shù)。特別地，當(dāng) 1.0時，損失錐分布簡化為雙麥克斯韋分布[44]。


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