无碰撞电流片哨声波不稳定性

通过数值求解文献[4]中物理模型A得到的一般形式的色散关系,讨论了无碰撞电流片低频波不稳定性问题.结果表明,哨声波能被无碰撞电流片直接激发.在中性片上(z/di=0),在较宽的波数范围内,斜哨声波是可以传播的,但它基本上是稳定的.在离子惯性区内(z/di<1,电子惯性区外),斜传播的哨声波是不稳定的.在离子惯性区边缘(z/di=1),斜传播的哨声波仍然是不稳定的,增长率更大,不稳定的波频率范围更高.此外,朝向中性片方向传播(kzdi<0)的哨声波比离开中性片方向传播(kzdi>0)的哨声波有更大的增长率.     

周期性多电流片系统中涡旋诱发重联过程的相互作用

运用二维可压缩磁流体动力学(MHD)模拟方法考察了周期性多电流片系统中涡旋诱发重联(VIR)过程的发展演化.结果表明,相邻电流片中的VIR过程发生相互作用,相距越近,作用越强烈.反对称和对称波模VIR过程的线性增长率随电流片间距的减小而分别增大和降低.当电流片间距小于某临界值时,反对称波模VIR完全被抑制.相对于对称波模VIR,反对称波模VIR过程对空间多电流片系统的发展会发挥更大作用.      

各向异性等离子体多重电流片的演化

应用二维三维量磁流体动力学方程组模拟，数值研究了压力各向异性等离子体周期多重电流片的演化，发现在β＜＜1时，微弱的各向异性仅仅使电流片中磁场重联的速度加快，而当β≈1（即热压与磁压相当时，微弱的垂直各向异性不仅大大加速了磁场重联的速度，还使重联位置发生显著变化。初始反对称的磁场重联位形逐步转化为对称的磁场位形，进而再演化为与初始反相的反对称磁场位形，场向各向异性和强的垂直各向异性都导致不稳定性增长率成倍增加。但在场各向异下磁场位形基本不变，只在电流片中心出现不规则扰动，同样参数下向向异性等离子体多重电流片中磁场重联形成的磁岛比各向同性多层电流要小。     

存在初始引导场情况下的无碰撞磁场重联

采用二维三分量的全粒子模拟方法研究了不同初始引导场情况下的无碰撞磁场重联及初态为一维的Harris电流片.结果表明,Bz0＞0.5B0的强引导场不仅会显著改变粒子的运动轨迹,而且会改变重联区附近的电场和流场结构,从而影响重联率和电子加速.运用广义欧姆定律解释了不同引导场下电场的结构特征.另外,通过对扩散区附近束流电子的跟踪研究发现,在二维模型中,不论引导场强弱,位于扩散区中心垂直模拟平面的感应电场对电子加速起主要作用,而扩散区外平面电场的贡献很小.      

磁尾静电离子束流-密度漂移不稳定性的数值研究

本文研究了磁尾等离子体片边界层宽频带静电噪声的产生机制.模型等离子体由暖的背景电子、暖的向地球方向的离子束流和较冷的向尾方向的离子束流组成.结果表明,静电离子束流-密度漂移不稳定性可以在比较宽的频率范围内激发,在低频区大传播角方向上增长率最大,在高频区小传播角方向上增长率也比较大。最大增长率的方向取决于离子束流和密度漂移的速度比值.这些结果与磁尾观测到的宽频带静电噪声特征符合一致.      

磁层亚暴膨胀相的近地触发模型

本文指出现有亚暴的中性线模型其源区在赤疲乏面上离地球太远；以ＧＥＯＳ－２的观测资料为依据，提出了亚暴膨胀相的一个近地触发模型－气球模不稳定性模型，该模型认为，在增长相期间到达Ｒ≈（６－１０）ＲＥ的近地等离子体片内边缘区，出现指向地球方向的离子压强梯度，越尾电流强度增大，磁力线向磁尾拉伸。当等离子体片变薄，电子沉降增强，极光带电离层电导率骤增时，气球模不稳定性在近地等离子体片内边缘区被激发，场向电流     

无碰撞激波上游低频波的激发及其对激波耗散机制的影响

由于很大一部分来自激波上游的粒子被激波面所反射,因此在准平行无碰撞激波的上游存在着等离子体束流．通过一维混合模拟方法,计算了束流密度较小(nb／n0=0．02)和较大(nb／n0=0．2)两种不同情形下的等离子体束流不稳定性．结果表明,在束流密度较小时,束流激发的主要是平行于背景磁场方向传播的右旋波,此波动只能对束流粒子产生影响,包括减速和加热．在束流密度较大时,束流可同时激发平行和反平行于背景磁场方向传播的右旋波,除能对束流粒子产生影响外,还可通过非共振作用加速和加热背景粒子．文中对准平行无碰撞激波耗散机制的影响也进行了讨论。     

空间等离子体压力各向异性对磁场重联的影响

基于二维时变可压缩磁流体动力学模拟,数值研究了等离子体压力各向异性对磁场重联的影响,发现一个小的压力各向异性(P_⊥=1.02P_//)即可大大加速磁场重联的发展,这可能是由于磁镜不稳定性与撕裂模不稳定性共同起作用.在P_⊥P_//的情况下,撕裂模受到抑制,电流片中不能形成大型磁岛.      

行星际磁云与日球电流片相互作用的实例分析

基于1995-2007年Wind飞船观测到的105个磁云事件, 按照磁云在地球附近是否与日球电流片发生碰撞, 将其分为碰撞和未碰撞两类, 得到初步分析结果. ①可能与日球电流片发生碰撞的磁云事件有51例, 约占事件总数的49%; ②发生碰撞时, 磁云与日球电流片之间的相互作用区内呈现动力学相互作用增强的趋势, 例如多呈现局部的磁场方向间断结构(或称局域电流片结构), 伴随磁场强度下降、质子温度升高、部分质子速度分量出现跃变, Langmuir波或100~250,kHz的离子声波出现增强,这些现象可能与碰撞相互作用区域内发生的磁重联有关; 没有碰撞时这些特征一般不明显; ③至少有15个事例中, 磁云前后背景磁场的极性相反, 或磁场极性反转的位置位于磁云内部, 显示磁云可能正在跨越电流片运动; ④在几个磁云事件中发现磁云的亮环和亮核纤维结构. 这些极为初步的分析结果有利于了解磁云与日球电流片之间的相互作用过程.      

中等相对论性电子环-束引起的束迴旋不稳定性

本文研究了在电子等离子体频率ω_e远大于电子迴旋频率Ω_e的等离子体内,由中等相对论性电子环-束激发的高频(ω≥ω_e)束迴旋不稳定性。结果表明,高能电子束迴旋模在N2cos2θ<1和N2cos2θ>1范围内都是不稳定的,在N2cos2θ=1时是稳定的,这里N为折射指数,θ为传播角。当束迴旋模频率近乎等于冷背景等离子体本征模频率之一(ω≈ω_e)时增长率最大。文中介绍和讨论了色散方程的数值计算结果。      

磁场重联中的哨声波与Hall效应

数值研究Hall电流效应对于重联动力学特征及波动特性的影响.结果表明,具有强Hall效应的算例,重联出流区张角大,重联率高.对于不同Hall效应的算例,应用快速傅里叶变换(FFT),将平面外磁场By分量和(x,z)平面内的速度分量vx,vz位于给定点的时间序列转换为功率谱,并对电场E采用最小方差分析法,确定波的传播方向与偏振特性.研究发现,在强Hall效应的算例中,磁分界线附近存在具有典型特征的哨声波,Hall效应减弱,则波动信号减弱.上述结果表明,Hall电流效应对重联动力学特征具有重要影响,是产生哨声波和快速重联率的关键因素;此外,对于强Hall效应的算例,磁分界线附近哨声波幅度与平面内场向电流Jp间存在正相关关系,它从另一个侧面展示了哨声波与Hall效应间的重要联系.      

New aspects of whistler waves driven by an electron beam studied by a 3-D electromagnetic code

We have restudied electron beam driven whistler waves with a 3-D electromagnetic particle code. In the initialisation of the beam-plasma system, “quiet start” conditions were approached by including the poloidal magnetic field due to the current carried by beam electrons streaming along a background magnetic field. The simulation results show electromagnetic whistler wave emissions and electrostatic beam modes like those observed in the Spacelab 2 electron beam experiment. It has been suggested in the past that the spatial bunching of beam electrons associated with the beam mode may directly generate whistler waves. However, the simulation results indicate several inconsistencies with this picture: (1) the parallel (to the background magnetic field) wavelength of the whistler wave is longer than that of the beam instability, (2) the parallel phase velocity of the whistler wave is smaller than that of the beam mode, and (3) whistler waves continue to be generated even after the beam mode space charge modulation looses its coherence. The complex structure of the whistler waves in the vicinity of the beam suggest that the transverse motion (gyration) of the beam and background electrons is involved in the generation of the whistler waves.     

磁层哨声波的丝化不稳定性

本文分析了磁层内哨声波的丝化不稳定性,并计算了增长率.结果表明,对于L(?)4和电场强度约1mV/m的哨声波最大增长率约0.13/1000km,对应最大增长率的横向波长约400km(赤道位置).并进而指出,这种丝化不稳定性有可能是多路径哨声形成的一种非线性机制.      

地磁场模式对低纬哨声射线追迹计算的影响

考虑到低纬地磁场与偶极子磁场偏离较大, 本文用国际参考场(n=6)进行了低纬哨声射线追迹计算.结果表明, 在约9°N和12°N处有两个很窄的哨声波非导传播出口点, 相应射线起点都在雷电活动区.哨声波非导传播出口的截止纬度约在8—9°N处.计算结果也较满意地解释了低纬哨声色散值和f₀/F₂正相关的事实.      

子午面内Alfvén波的传播特征

本文使用由ＷＫＢ近似得到的Ａｌｆｖｅｎ波传播的张量表达式,具体计算和讨论了一种太阳子午面内含盔形－电流片磁位形的流场中Ａｌｆｖｅｎ波的传播特征,主要结果是：（１）Ａｌｆｖｅｎ波磁场起伏随日心距离的增加而衰减,其中极开区的衰减远快于赤道区,但随着距离的增大,这种纬度关系将迅速变弱,以致在较远空间,磁起伏相差很小,衰减很慢;（２）Ａｌｆｖｅｎ波的相对磁场起伏ｂ／Ｂ随着距离的增加而迅速增大,在几个太阳半径之后变化不再明显,达到所谓的＂饱和＂;在大日心距离的盔形电流片附近,Ａｌｆｖｅｎ波将成为重要的磁场组成部分;（３）Ａｌｆｖｅｎ波速度起伏纬度关系较为明显,相对速度起伏。ｕ／Ｕ随着距离增大而衰减,电流片区衰减得较快,但这种纬度差别将变弱．与黄道面内Ａｌｆｖｅｎ波传播特征的具体比较表明,磁场涨落的变化特征与背景场位形存在着十分密切的关系,但速度涨落与背景场没有这种明显关系．     

Appearance of VLF and ELF-noises in topside ionosphere under the action of high power radio wave from data of satellite intercosmos-24

Results of a satellite experiment are presented on detection of VLF and ELF-waves excited by irradiation of the night ionosphere F-region by the field of a nonmodulated high-power radio wave. The excited VLF and ELF-waves have been detected at the topside ionosphere heights h=500–1000 km in the frequency bands 8 kHz相似文献   

哨声波的自聚焦(Ⅱ)——当磁层对波有放大作用时的讨论

本文指出, 当磁层对波有放大作用时, 哨声波的自聚焦容易发生;当磁层对波有吸收时, 哨声波的自聚焦不容易发生.      

Current-sheet kink instability at ion-electron hybrid scale

Current sheet instabilities having wavenumber vectors parallel to the current direction are studied as a linear eigenvalue problem in a two-fluid system where electrons are treated as a finite-mass charge neutralizing component. Focusing on ion-scale current sheets, we show that a hybrid scale current sheet kink instability (CSKI) is one of the major instabilities to appear. The hybrid scale CSKI in a magnetotail-like situation has a wavelength much shorter than the well-studied drift-kink instability (DKI). While most of the previous studies have focused on the long-wavelength range, a full-particle simulation with much larger ion-to-electron mass ratio (R_M = 400) shows the growth of the hybrid scale CSKI as predicted by linear analyses. We also show that the CSKI has large growth rates in a magnetopause-like situation.     

Injection of 40-kHz-modulated electron beam from the satellite: II. Excitation of electrostatic and whistler waves

Beam-plasma interaction effects are studied during the active space experiment with electron and Xe-ion beam injections in an ionospheric plasma. Permanent 40-kHz-modulated electron beam injection occurs simultaneously with a xenon-ion beam injected by the Hall-type plasma thruster operating in a square-pulse mode (100/50 s for a job/pause duration). The unusual behavior of the background charged particle fluxes and wave activity stimulated during the beam-plasma interaction have been registered by the scientific instruments onboard Intercosmos-25 station (IK-25) and Magion-3 subsatellite. The longitudinal and electromagnetic wave instabilities and their mutual relationship are considered in order to explain the observed effects. The excitation of electrostatic waves by the electron injection has been considered for different resonance conditions near the linear stability boundary. Beam-driven electromagnetic instability is responsible for the backward-propagating whistler waves excited via cyclotron resonance. Competition of these two beam instabilities is one of the subjects of the present study.