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Geotail卫星于2003年5月15日在近地磁尾观测到磁场重联并穿越重联耗散区.卫星从尾向—南尾瓣一侧穿越磁场重联耗散区到地向—北尾瓣一侧的过程中,随着等离子体流反向,霍尔磁场(By) 被观测到.本文研究了该磁场重联耗散区内的低混杂波.观测结果显示,在磁场重联耗散区核心及其附近区域观测到在低混杂频率附近存在强烈的等离子体波动的增强,其传播方向主要垂直于背景磁场,该等离子体波动为低混杂波.前人的模拟结果认为,当磁场重联得到充分发展之前,低混杂波将消失.本文的观测结果充分说明,当磁场重联充分发展之后,在核心区域仍然存在增强的低混杂波,说明低混杂波贯穿磁场重联的整个发展过程.这种观测结果与计算机等离子体模拟的结果有所不同.本文的观测对低混杂波在磁场重联中的具体表现提供了新的观测证据并有可能修正前人的理论. 相似文献
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用三维可压缩MHD数值模拟研究了在磁场重联过程中电子压力梯度项的效应研究结果发现在较高等离子体β,较小离子惯性尺度条件下,广义欧姆定理中压力梯度项在重联过程的作用不可忽略.在磁重联过程中,压力梯度项虽然没有明显改变磁场拓扑结构和重联速度,但它使电子和离子速度明显增大.由于在离子惯性尺度下,离子和电子运动解耦,电子是电流的主要载流子,所以场向电流也增大,并导致核心磁场明显增大.考虑到场向电流是磁层电离层耦合的一个重要因素,所以电子压力梯度项的引入加强了行星际磁场南向期间磁层电离层的耦合.电子压力梯度项还在重联区激发了波动,该波动可向重联区外传播. 相似文献
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磁场重联是空间能量释放和转换的重要机制.静电孤立波(ESW)虽然在空间中有广泛观测,但在磁场重联附近少有直接观测,对它在磁场重联附近的特性了解甚少.通过Geotail卫星对一个磁场重联事件的观测,仔细分析了其边界层上观测到的静电孤立波的特性,并讨论了它对磁场重联的影响.研究表明,亚暴期间在磁尾发生磁场重联,重联区域的分形线附近观测到了大量的静电孤立波,其特性与在其他地方观测到的并没有显著差别,但具有更明显的非线性和孤立性的特征.它们对电子加速和能量耗散有促进作用,加速磁场重联的进程. 相似文献
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应用二维磁流体动力学模拟方法数值研究了三层电流片中电阻撕裂模不稳定性的特征及磁场重联过程．结果表明，这是一种复杂的非稳态磁场重联．在初期阶段，三个电流片中分别由撕裂模不稳定性引起磁场重联，形成薄而长的磁岛．随着撕裂模不稳定性的非线性发展，每个磁岛的宽度都逐步增大，以至导致新的磁场重联发生．同时，三个电流片的强度都逐渐减弱，且原中心反向电流区最终消失．部分磁能不断地转化为等离子体的热能和动能，引起等离子体的加热和加速．多层电流片中撕裂模不稳定性引起的自发重联，可能对太阳耀斑、日冕加热、太阳风与磁层耦合等有重要影响． 相似文献
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在2001～2003年Cluster飞船通过近地磁尾期间，共探测到14次重联事件，在这些事件中同时还观测到等离子体波活动.本文把14次事件分为三大类，其中：第I类包含了8次事件，它们是在等离子体片内先于重联事件观测到波活动，并且还同时观测到Hall磁场.经过分析判断，这类事件中观测到的波是右旋偏振的哨声波.第II类包含了2次事件，这类事件也观测到了Hall磁场和右旋偏振的哨声波.第Ⅲ类也包含了2次事件，这类事件只是普通的重联事件，没有观测到Hall磁场，但是波活动明显先于重联事件.在我们观测的14次事件中，比较强烈的哨声波和Hall 磁场是一一对应的，因此哨声波可能主要是在Hall磁场的四极结构区激发的. 相似文献
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应用数值方法研究了日冕多层电流片中电阻撕裂模不稳定性的非线性演化和磁场重联过程,结果表明,计算区域顶部附近两侧电流片中的磁岛和等离子体团向上抛射,并携出大量的磁能和热能;中心电流片中的磁岛向下运动,逐渐演变成底部含有３个磁闭合区的冕流结构。进而在中心电流片中再次发生磁场重联,多次形成向下运动的小型磁岛,并与底部磁闭合区发生结合不稳定性。同时在磁闭合区中也有磁场重联发生,导致中心小磁闭合区的湮灭。初始电流片之间的距离趋近,上述演化过程越快。日冕多层电流片中的磁场重联过程可能对日冕物质抛射和日冕加热有着重要影响。 相似文献
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应用数值方法研究了日冕多层电流片中电阻撕裂模不稳定性的非线性演化和磁场重联过程,结果表明,计算区域顶部附近两侧电流片中的磁岛和等离子体团向上抛射,并携出大量的磁能和热能;中心电流片中的磁岛向下运动,逐渐演变成底部含有３个磁闭合区的冕流结构。进而在中心电流片中再次发生磁场重联,多次形成向下运动的小型磁岛,并与底部磁闭合区发生结合不稳定性。同时在磁闭合区中也有磁场重联发生,导致中心小磁闭合区的湮灭。初始电流片之间的距离趋近,上述演化过程越快。日冕多层电流片中的磁场重联过程可能对日冕物质抛射和日冕加热有着重要影响。 相似文献
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等离子体波的空间分布在木星磁层高能电子动力学过程中起着重要的作用.现有大多数对木星磁层哨声波的观测仅限于|λ|≤15°的磁纬范围内,但是最新的JUNO卫星WAVES仪器提供的波动数据使得更高纬度、更广区域范围内的等离子体波动分布研究成为可能.本文通过对JUNO卫星WAVES仪器数据进行分析处理,详细研究了木星磁层哨声波的空间分布特性.观测表明,存在位于高LJ、高磁纬的木星磁层哨声波,它们广泛分布于距木星中心距离35～75个木星半径、磁纬为|λ|≤30°的空间区域.分析研究发现,WAVES仪器观测的木星磁层哨声波幅度一般为几个pT,远小于地球磁层哨声波的强度.木星磁层哨声波幅会随着LJ的增大缓慢增加,也会随着磁纬的减小趋向平缓变化.基于以上观测事实,本文利用指数幂函数分别拟合得到木星磁层哨声波幅随LJ和磁纬变化的经验模型.该模型将有助于精确理解哨声波对木星磁层高能电子动力学过程的重要影响. 相似文献
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中国科学技术大学无碰撞磁场重联实验平台(KRX)是以揭示无碰撞磁场重联的触发机制、对无碰撞磁场重联电子扩散区的结构及相关等离子体波动进行深入细致研究为目标而建设的大型等离子体装置,是开展空间环境基本物理过程地面实验模拟的综合性平台.装置主体为直线位形,真空室直径3 m,由多段拼接而成,整体呈胶囊型,内部采用2 m×1 m全球最大氧化物阴极源产生均匀的背景等离子体.装置外部环绕10组导向场磁线圈,内部由上下两块平行电流板通同向脉冲电流构建重联磁场位形,脉冲电源采用“H”桥结构实现了可控的变速率重联驱动.在装置四周共开设200多个真空窗口,能够通过探针阵列及太赫兹偏振干涉仪、激光诱导荧光等先进光学诊断系统对磁场重联过程开展全域、主动、高精度的测量.该平台是最新一代磁场重联实验平台,其重联区域尺寸达到10倍离子惯性长度,伦德奎斯特数S有望达到105,为开展无碰撞磁场重联实验创造了良好条件,能够对磁场重联过程开展多尺度、全面细致的研究,是卫星观测和数值模拟研究重要补充.目前,实验平台已完成基础建设以及诊断等关键组件的研制,并在小型装置预研结果的基础上完善了针对多尺度、多磁... 相似文献
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本文理论分析了电子束沿地磁场穿越均匀、磁化等离子体密度跃变区域时，在弱磁场近似、哨声波激发、低频近似等几种典型情况下电子束流空间电荷波（Space charge wave）向电磁波的转换.先运用小信号假设求得电子束入射进均匀各向异性冷等离子体之后的色散关系和空间电荷波波数，然后借助于电磁波分量和电子束速度的边界条件，求解电子束在等离子浓度发生变化区域激发的波振幅，在几种典型情形下推导出空间电荷波转换为电磁波之间转换系数的近似解，给出了相应波辐射的坡印亭(Poynting)矢量表达式.结果表明，在渡越辐射（Transition radiation）情形下电子束可以在空间等离子体中激发出阿尔芬波（Alfven wave）和哨声波（Whistler wave）.所得结论可用于对主动空间试验结果的分析. 相似文献
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使用二维粒子模拟（PIC）的方法研究了在电流片两侧具有不同温度或密度情况下的无碰撞磁场重联过程.在初始等离子体密度非对称的情况下,发现重联区等离子体流场结构、电磁场结构以及重联过程与对称情况下的结果有明显不同.通过对电流片两侧温度比取不同的参数Tm/Ts=1,2,5进行模拟(其中Tm和Ts分别代表磁层侧和磁鞘侧的温度),结果分析发现,(1)在密度非对称系统中,出流区电子沿着分离面出现一个整体的从高密度区向低密度区的流动,并围绕磁岛形成一个电流环;(2)在高温低密度一侧,在重联过程中,分离面两侧将出现很强的电荷分离并产生一个基本垂直于分离面的强度较大的电场Ez,其幅度和空间尺度与温度梯度近似地成线性正比和反比关系.在初始电流片两侧温度之比取Tm/Ts=5的情况下,Ez的幅度将达到0.71,其空间尺度与局地电子惯性长度de同一量级,这一结果与观测相吻合;(3)重联率随着温度梯度增大而下降. 相似文献
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应用解析和数值相结合的方法求得了含有闭场区、中性片和开场区的二维局域磁静力平衡日冕基态，进而在此基态下数值研究了由电阻撕裂模不稳定性引起的磁场重联过程．结果表明，在电流片长度远大于其半宽度的情况下，仍将发生具有两个Ｘ线的磁场重联，形成磁岛和高温高密度的等离子体团．等离子体团运动的方向取决于闭合区底部等离子体压力和磁压的比值β０．当β０较大时，等离子体团向下运动，引起结合不稳定性和磁岛的合并，等离子体团中的等离子体不断落入闭合磁场区两侧．当β０较小时，等离子体团向上运动，导致电流片中等离子体的喷发．结果还表明，磁张力的分布是决定等离子体团运动方向的主要因子． 相似文献
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应用解析和数值相结合的方法求得了含有闭场区、中性片和开场区的二维局域磁静力平衡日冕基态，进而在此基态下数值研究了由电阻撕裂模不稳定性引起的磁场重联过程．结果表明，在电流片长度远大于其半宽度的情况下，仍将发生具有两个Ｘ线的磁场重联，形成磁岛和高温高密度的等离子体团．等离子体团运动的方向取决于闭合区底部等离子体压力和磁压的比值β０．当β０较大时，等离子体团向下运动，引起结合不稳定性和磁岛的合并，等离子体团中的等离子体不断落入闭合磁场区两侧．当β０较小时，等离子体团向上运动，导致电流片中等离子体的喷发．结果还表明，磁张力的分布是决定等离子体团运动方向的主要因子． 相似文献
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本文基于二维三分量可压缩磁流体动力学模拟，数值研究由于磁力线足点在光球层的剪切运动引起日冕电流片中的磁场重联过程。结果表明，磁力线足点的剪切运动作为引起强迫磁场重联的一种触发机制，将加速磁场重联的发展和磁岛的合并过程。结合不稳定性导致等离子体急剧加速，在β∞＝０．１的情况下其加速度达到０．３４νＡ∞／τＡ，等离子体的最大下落速度可达１．９０νＡ∞，大于纯电阻撕裂模情况。还讨论了β∞值对这种磁场重联过程的影响。β∞值越小，磁场重联和磁岛合并过程发展得越快。 相似文献
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运用双流体MHD方程描述电子和离子的行为, 采用非扰动理论, 把孤子看作经典粒子, 通过推导的赝势(也称Sagdeev势)方程, 结合数值计算来研究惯性区低-β等离子体中动力学Alfvén孤波的特性. 结果表明离子热效应对Alfvén孤波特性的影响不可忽略, 且在惯性区稀疏型孤波和压缩型孤波均存在. 此结论与Freja卫星在极区上空所观测结果吻合很好. Alfvén孤波携带有平行电场, 它对带电粒子的加速有重要作用, 这给极光粒子加速提供了一种可能的物理机制. 相似文献
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应用二维时变可压缩磁流体动力学数值模拟,研究了双极－单极磁场中由于磁通量浮现驱动的磁场重联过程．结果表明,双极场与单极场间磁力线的重联形成上升的冷而密的等离子体团,磁场演变成鞭状结构．向上运动的等离子体团到达其最大高度后将回落和弥散.等离子体团最大上升速度达０．１４ＶＡ,等离子体最大上升速度达０．２７ＶＡ,ＶＡ为下边界处的Ａｌｆｖｅｎ速度．随着磁通量浮现幅度的增大,等离子体上升速度增加,重联过程发展得较快．背景等离子体β１值（β１为等离子体压力与磁压之比）越小,等离子体团中密度增量越大．磁Ｌｕｎｄｑｕｉｓｔ数Ｓ在１０３－１０６之间的改变对等离子体的速度和密度增量影响并不明显．与电阻撕裂模不稳定性引起的自发重联相比,磁通量浮现会更有效地驱动双极－单极场中的磁场重联过程,寻致日冕Ｈα冲浪和Ｘ射线喷流的形成． 相似文献
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在分析ＡＲＣＳ３探空火箭记录到的由人工离子束激发的低频等离子波的特征和激发机制的过程中，提出了多离子成分冷等离子体中的一般混杂共振和一般混杂波的概念，给出了斜向传播冷等离子体波的混杂共振条件．在上述理论的基础上，考虑了电子、氧离子、氦离子和人工氩离子束的贡献，计算出ＡＲＣＳ３实验条件下的等离子体介电函数，并用等离子体波模识别的方法，识别出频率在１８０Ｈｚ。附近的最强波峰乃是Ｏ＋－Ｈｅ＋双离子混杂波． 相似文献