磁場重聯(lián)是自然界和實驗室等離子體中普遍存在的基本物理過程,能改變磁場的宏觀拓撲結(jié)構(gòu),并快速地將磁能轉(zhuǎn)化為等離子體動能與熱能。在日地空間環(huán)境中,磁場重聯(lián)會導致諸多爆發(fā)性的空間天氣,如磁層亞暴、太陽耀斑等。磁場重聯(lián)涉及到系統(tǒng)流體尺度到動理學尺度的耦合。它經(jīng)常發(fā)生在等離子體內(nèi)的多尺度結(jié)構(gòu)中,同時也會產(chǎn)生豐富的多尺度結(jié)構(gòu),如重聯(lián)擴散區(qū)、磁通量繩、偶極化鋒面、磁洞和湍流等。這些多尺度結(jié)構(gòu)是如何產(chǎn)生的?它們在磁場重聯(lián)的發(fā)生和演化中起著什么樣的作用?它們是否會影響磁場重聯(lián)中能量的轉(zhuǎn)化與耗散,磁通量與物質(zhì)輸運,或者重聯(lián)率?這些都是很重要但目前尚未被完全解答的問題。地球磁層是研究無碰撞磁場重聯(lián)的理想天然等離子體實驗室。研究地球磁層中的磁場重聯(lián)既有利于深入理解爆發(fā)性空間天氣的物理機制,也有助于理解天體和實驗室等離子體中磁能的快速釋放機制。歷史上有很多針對地球磁層的衛(wèi)星探測計劃。磁層多尺度（MMS）之前的衛(wèi)星計劃主要在流體和離子尺度對磁場重聯(lián)進行研究,而MMS任務(wù)開啟了在電子尺度研究磁場重聯(lián)的新時代。在本博士論文中,我們主要使用MMS衛(wèi)星的高精度探測數(shù)據(jù),對伴隨磁場重聯(lián)的多尺度結(jié)構(gòu)進行研究,揭示或證明了一系... 

【文章頁數(shù)】：148 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 磁場重聯(lián)
        1.1.1 磁場重聯(lián)的定義
        1.1.2 磁場重聯(lián)模型
    1.2 多尺度結(jié)構(gòu)
        1.2.1 重聯(lián)擴散區(qū)
        1.2.2 偶極化鋒面
        1.2.3 磁通量繩
        1.2.4 動理學尺度磁洞
    1.3 日地空間環(huán)境中的磁場重聯(lián)
第2章 MMS衛(wèi)星計劃、數(shù)據(jù)和分析方法
    2.1 MMS衛(wèi)星計劃
    2.2 MMS衛(wèi)星儀器與數(shù)據(jù)
    2.3 空間坐標系
    2.4 衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析方法
        2.4.1 最小與最大變量分析法
        2.4.2 多衛(wèi)星Timing分析
        2.4.3 Curlometer方法
    2.5 Particle-in-Cell(PIC)數(shù)值模擬
第3章 磁場重聯(lián)產(chǎn)生的小尺度結(jié)構(gòu)研究
    3.1 重聯(lián)擴散區(qū)內(nèi)亞離子尺度的磁通量繩
        3.1.1 MMS衛(wèi)星觀測
        3.1.2 PIC數(shù)值模擬
    3.2 重聯(lián)擴散區(qū)內(nèi)動理學尺度的磁洞
    3.3 延伸的電子擴散區(qū)
    3.4 總結(jié)和討論
第4章 多尺度結(jié)構(gòu)中的磁場重聯(lián)研究
    4.1 磁通量繩邊界上的三維電子磁場重聯(lián)
    4.2 磁鞘湍流中的磁場重聯(lián)
    4.3 總結(jié)和討論
第5章 多尺度結(jié)構(gòu)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化與粒子加速研究
    5.1 離子尺度磁通量繩內(nèi)的電子加速
    5.2 偶極化鋒面上的能量轉(zhuǎn)化與耗散
    5.3 多X線重聯(lián)擴散區(qū)內(nèi)的哨聲波與寬帶靜電波
    5.4 總結(jié)和討論
第6章 總結(jié)與展望
致謝
參考文獻
附錄 A:偶極化鋒面事件列表
攻讀學位期間的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Observation of directional change of core field inside flux ropes within one reconnection diffusion region in the Earth’s magnetotail[J]. Shiyong Huang,Ye Pang,Zhigang Yuan,Xiaohua Deng,Jiansen He,Meng Zhou,Huishan Fu,Song Fu,Huimin Li,Dedong Wang,Haimeng Li.  Chinese Science Bulletin. 2014(34)



本文編號：3719829