近地空間內(nèi)磁結(jié)構(gòu)的特性研究.pdf

1、等離子體是一種多粒子的系統(tǒng)，不同粒子之間的參數(shù)有很大差別，存在著多個(gè)時(shí)間與空間尺度，因此我們往往需要使用不同的物理模型，描述和解釋不同尺度的磁結(jié)構(gòu)。早先受限于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的精度，人們研究的主要是大尺度，即磁流體力學(xué)(MHD，magnetohydrodynamics)尺度的磁結(jié)構(gòu)，而對(duì)于小尺度，即動(dòng)理學(xué)(kinetic)尺度的磁結(jié)構(gòu)則研究甚少。同時(shí)，早先大尺度的磁結(jié)構(gòu)的研究也存在著諸多未解決問(wèn)題。因此，本文將對(duì)近地空間中不同尺度的磁結(jié)構(gòu)（磁洞

2、、磁峰、熱流異常等）的特性及其產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行研究。
　　在工作一（第三章）中，我們利用Cluster衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，通過(guò)使用多種多點(diǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析方法，包括:Timing、最小方向?qū)?shù)分析(MDD)及時(shí)空差分(STD)方法，得到了磁尾等離子體片內(nèi)小尺度磁洞在背景等離子體流中的傳播速度。此外，基于電子磁流體力學(xué)理論，我們計(jì)算了一維電子孤波的傳播速度、尺度與振幅，并將其與小尺度磁洞進(jìn)行了比較。結(jié)果表明理論上的電子孤波與觀測(cè)上的小尺度磁洞符合得

3、很好。在工作二（第四章）中，我們利用MMS衛(wèi)星高精度的數(shù)據(jù)，在地球磁鞘中發(fā)現(xiàn)了一類小尺度磁洞，其空間和時(shí)間尺度分別在10-20電子回旋半徑(ρe)和0.1-0.3秒之間。這類結(jié)構(gòu)具有豐富的電子變化特征，但不具有明顯的離子變化特征。研究表明，90°投擲角的電子通量在能量為34-66 eV之間降低，在109-1024 eV之間增加。在垂直于磁場(chǎng)的方向上，電子流動(dòng)具有渦旋的特點(diǎn)，這與磁洞磁場(chǎng)的降低是自洽的。此外，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)電流密度主要是由電

4、子的抗磁漂移提供的，即電子渦旋流動(dòng)是電子的抗磁漂移運(yùn)動(dòng)。電子磁流體力學(xué)下的二維孤立子理論可以用來(lái)描述這類渦旋。利用單粒子模擬，我們對(duì)磁洞內(nèi)電子加速現(xiàn)象進(jìn)行了模擬，結(jié)果與觀測(cè)大體符合。在工作三（第五章）中，我們利用MMS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，在地球磁鞘邊界層中發(fā)現(xiàn)了一類小尺度磁通繩結(jié)構(gòu)。這類磁通繩的尺度接近ρi，其軸向沿著背景磁場(chǎng)方向，并且沿磁力線方向的電流可能由電子束流提供，垂直磁力線的電流可能部分由抗磁漂移提供。在工作四、五（第六、七章）中，我