磁場重聯(lián)是空間等離子體中普遍存在的物理現(xiàn)象,同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)室等離子體和模擬研究的重點(diǎn)。特殊的近地空間環(huán)境,為磁場重聯(lián)的產(chǎn)生提供了良好的條件。衛(wèi)星觀測是研究磁場重聯(lián)的重要方法,本文利用MMS衛(wèi)星觀測的高精度數(shù)據(jù),研究了與磁場重聯(lián)相關(guān)的哨聲波,磁洞,以及擴(kuò)散區(qū)的結(jié)構(gòu)和能量耗散,同時(shí)研究了小尺度的磁場重聯(lián)。通過分析,得到了一些重要的結(jié)果,具體如下:1.在磁層頂磁場重聯(lián)中觀測到的哨聲波與磁洞利用MMS衛(wèi)星在2015年11月12日觀測的數(shù)據(jù),分析了與磁場重聯(lián)相關(guān)的物理過程。在觀測中,磁場重聯(lián)的分界線附近出現(xiàn)了哨聲波。在磁層側(cè)的哨聲波,具有較高的發(fā)射頻率（>0.5 fce）,較高的共振能量,同時(shí)坡印廷矢量表明波動(dòng)沿著磁力線朝向X-line傳播;反之,磁鞘側(cè)觀測到的哨聲波的發(fā)射頻率較低,共振能量較低,并且沿著磁力線反向傳播,即遠(yuǎn)離X-line。雖然哨聲波的性質(zhì)有所不同,但是都與垂直方向電子通量的增加相關(guān)。哨聲波與電子之間的強(qiáng)烈作用,可以影響等離子體的動(dòng)力學(xué)過程。同時(shí)在遠(yuǎn)離X-line的下游區(qū)域,觀測到了小尺度的磁洞。因?yàn)榇哦磧?nèi)部的電子溫度增加,所以磁洞是加熱電子的重要結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)很少在近地空間的... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１磁場重聯(lián)過程示意圖（王水等，１９９９）??１．２．１?Ｓｗｅｅｔ－Ｐａｒｋｅｒ?模型??最簡單的二維磁場重聯(lián)由Ｓｗｅｅｔ?ｅｔ?ａｌ．，?（１９５８）提出，該模型利用ＭＨＤ理??論定量的描述磁場重聯(lián)

慣性長的區(qū)域，質(zhì)量很??小的電子與磁場解凍。電子的慣性長４?＝?ｃ／Ｗｐｅ，這個(gè)區(qū)域被稱作電子擴(kuò)散區(qū)。??電子的壓力梯度項(xiàng)在該區(qū)域起主要作用。??！?：?：?！??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??？＜ｓ＞—？麻??＿?／?；＞?＇??？丁??＾?Ｉｏｎ?ｆｌｏｗ??ｃ／ｗ?＾??？？?？（ｇ）?＾?ｃ＾（ｔ，ｐｔ?？?—?＊？?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｆｌｏｗ??｜?丨?Ｉｏｎ?ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ??Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ??圖１．４無碰撞磁場重聯(lián)模型示意圖（Ｂｉｒｎ?ｅｔ?ａｌ．，?２００７）??在離子擴(kuò)散區(qū)，非凍結(jié)的離子可以跨越磁場線運(yùn)動(dòng)。可以證明離子速度％??在低于所謂的離子慣性長度或離子趨膚深度的尺度上接近零，因此在該區(qū)域離??子可以看作是帶正點(diǎn)的背景。在這個(gè)區(qū)域，電子與磁場凍結(jié)并沿著磁力線流入??擴(kuò)散區(qū)，在加速之后再沿著磁力線流出擴(kuò)散區(qū)。由于離子和電子的分離運(yùn)動(dòng)，??在離子擴(kuò)散區(qū)形成的電流稱為Ｈａｌｌ電流系統(tǒng)。因?yàn)殡娏鞯挠绊�，產(chǎn)生了垂直??于重聯(lián)平面的磁常擴(kuò)散區(qū)的不同區(qū)域電子的流向不同，因此面外磁場具有四??級(jí)結(jié)構(gòu)，這個(gè)磁場稱為Ｈａｌｌ磁常Ｈａｌｌ效應(yīng)在無碰撞磁重聯(lián)中有重要的作用。??Ｂｉｒｎ等在２００１年研宄了各種模擬方法得到的重聯(lián)率，最終的結(jié)果顯示，加入??Ｈａｌｌ效應(yīng)的磁場重聯(lián)可以得到相似的重聯(lián)率，并且是快速磁場重聯(lián)。因此，Ｈａｌｌ??效應(yīng)與快速磁場重聯(lián)有密切的相關(guān)性。如果面外方向沿著ｙ方向，根據(jù)安培定??律，面外方向的Ｈａｌｌ分量可以重寫為：??（Ｊ?Ｘ?Ｂ）?＝?Ｂ?？?Ｂ從?（Ｉ?Ｋ）??ｅｎｅｃ?ｙ?Ａｎｅｎｅ??根據(jù)以上公式，面內(nèi)電

ｎ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ?＼?；?ｆ?個(gè)?ｚ??Ｅ＋ｖｅｘＢ＝（）?；?ｘ???ｉ－－ｎ－…－丨卜；‘十—４）ｙ??Ｅ＾ｘＸ〇?７；?：?＾ｉｎｎ－???ｕ?ｕ?ｒ?—－／／?＾?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ??＇７?１?ｒ＼?＼?＼１?Ｅ；ｖｅｘＢ＾Ｏ??Ｐｏｌａｒ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ??／—／—Ｕ＼—＼——Ｗ?＞??＇Ｌｉ?｜?＼０＼＾Ｅ｜Ｉ??￣６ｃ／（〇ｐｉ?（６００?ｋｍ）?＾￣￣?ｍｔｎｆｍｕｍ??圖１．５?Ｐｏｌａｒ衛(wèi)星觀測無碰撞磁重聯(lián)示意圖（Ｍｏｚｅｒ?ｅｔ?ａｌ．，?２００２）??子電流的方向，從而產(chǎn)生面外的四極常Ｈａｌｌ磁場是磁重聯(lián)擴(kuò)散區(qū)的重要特??征，在空間觀測中，這一特征也得到了證實(shí)。在磁層頂，離子擴(kuò)散區(qū)的尺度為??ｃ／ｗｐｊ?？?１００?ｋｍ。Ｍｏｚｅｒ?ｅｔ?ａｌ．，?（２００２）利用?ＰＯＬＡＲ?衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)研宄了??無碰撞磁重聯(lián)的特征。在電流片的分界線區(qū)域，觀測到面外的Ｈａｌｌ磁常如圖??１．５所示，Ｐｏｌａｒ衛(wèi)星直接穿越了擴(kuò)散區(qū)。根據(jù)磁場重聯(lián)的結(jié)構(gòu)特征，衛(wèi)星一定??能夠觀測到沿ｚ方向的高速出流以及Ｚ方向的磁場反轉(zhuǎn)；同時(shí)磁場分量Ｂｙ的??變化符合Ｈａｌｌ磁場的信號(hào)。詳細(xì)的觀測數(shù)據(jù)如圖１．６所示。根據(jù)觀測結(jié)果，重??聯(lián)磁場氏的反轉(zhuǎn)與Ｂｙ的符號(hào)轉(zhuǎn)變基本一致，同時(shí)電場Ｅｊ；（圖１．５中紅色水??平箭頭）由負(fù)值轉(zhuǎn)為正值。這些結(jié)果符合磁場重聯(lián)的特征，因此，Ｐｏｌａｒ衛(wèi)星穿??越了磁層頂?shù)碾x子擴(kuò)散區(qū)。其中Ｂｙ的振幅約為４５ｎＴ，或者？０．５５ＢＸ（），Ｓｘｏ??是磁鞘一層的漸近磁常電流片法向方向的電場盡＾的最大值為３０?ｍＶ／ｍ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Ultralow frequency wave characteristics extracted from particle data:Application of IGSO observations[J]. LI Li,ZHOU XuZhi,ZONG QiuGang,CHEN XingRan,ZOU Hong,REN Jie,HAO YiXin,ZHANG XianGuo.  Science China（Technological Sciences）. 2017(03)



本文編號(hào)：3018958