极端太阳风条件下的磁层顶位形

基于极端太阳风条件下的三维MHD数值模拟数据, 构建了一种极端太阳风条件下的三维非对称磁层顶位形模型. 所提出的模型考虑了行星际南向磁场(IMF) B_z日下点距离侵蚀的饱和效应, 太阳风动压B_d对磁层顶张角影响的饱和效应, 赤道面、昼夜子午面磁层顶的不对称性以及极尖区的内凹结构和内凹中心的移动, 并利用Levenberg-Marquart多参量非线性拟合方法拟合了模型参数. 数值模拟研究表明, 在极端太阳风条件下, 随B_d增大, 磁层顶日下点距离减小, 磁层顶磁尾张角几乎不变; 随南向(IMF)B_z增大, 磁层顶日下点距离略有减小, 磁层顶磁尾张角减小, 极尖区内凹中心向低纬移动. 通过对2010年8月1日太阳风暴事件验证发现, 本文所建立的模型能够描述极端太阳风条件下的三维磁层顶位形.      

太阳风向磁层输入电磁能量研究

利用全球磁流体力学（MHD）模拟结果,通过确立包含磁层顶的太阳风流线内边界来识别三维磁层顶位形,并以极尖区位置作为磁层顶日侧与夜侧的分界线,在此基础上定量研究了不同条件下穿过磁层顶向磁层内输入的电磁能量. 研究发现,磁层顶的能量传输与太阳风条件密切相关,磁重联是控制电磁能量传输的重要机制. 结果表明,当IMF（行星际磁场）南向时,极尖区后方的磁尾附近存在电磁能输入最大值,当IMF北向时,电磁能输入最大值发生在极尖区附近;南向IMF条件下,在IMF强度增大或太阳风密度增大时,磁层顶电磁能传输的电磁能量比北向IMF条件时增加更显著. 太阳风通过调节磁层顶面积间接影响到磁层顶能量传输大小. 研究还发现,北向IMF与南向IMF条件下穿过磁层顶的电磁能输入的比值范围约为10%～30%,此比值一定程度上反映了北、南方向IMF与地磁场磁重联效率的比值.      

中低纬度Pc3-4地磁脉动特性研究——子午工程数据分析初步结果

利用新建成的子午工程地磁台站数据,对比分析了地磁平静期间(2011年3月20-27日)和磁暴期间(2011年9月25日至10月1日)Pc3-4地磁脉动的时空分布特征及其对行星际条件的响应.数据分析结果表明,中低纬度(1.3<L<2.3,L为磁壳参数)的Pc3-4地磁脉动在这两个时期内的分布存在明显的晨昏不对称性,在昼侧前出现明显的Pc3-4地磁脉动并与行星际上游波动密切相关,其振幅增强可能与太阳风动压脉冲相关,高速太阳风更易导致Pc3-4地磁脉动;而对于近赤道低纬(L<1.3)区域,无论是在地磁平静期还是磁暴期均未能观测到Pc3-4地磁脉动,Pc3-4地磁脉动存在明显的纬度效应.      

三维试验粒子轨道法在磁层粒子全球输运中的应用

根据磁层粒子动力学理论, 通过偶极磁场模型验证利用三维试验粒子轨道方法模拟近地球区(r < 8R_e)带电粒子运动特征的可靠性. 在此基础上, 以太阳风和磁层相互作用的全球MHD模拟结果为背景, 利用三维试验粒子轨道方法, 对非磁暴期间南向行星际磁场背景下太阳风离子注入磁层的情形进行数值模拟, 并对北向行星际磁场背景下太阳风离子注入极尖区以及内磁层的几种不同情形进行了单粒子模拟. 模拟结果反映了南向和北向行星际磁场离子向磁层的几种典型输入过程, 揭示出行星际磁场南向时太阳风粒子在磁层内密度分布的晨昏不对称性以及其在磁鞘和磁层内的大致分布, 并得出统计规律. 模拟结果与理论预测和观测结论相一致, 且通过数值模拟发现, 行星际磁场北向时靠近极尖区附近形成的非典型磁镜结构对于能量粒子经由极尖区注入环电流区域过程有重要的影响和作用.      

TC-1和Cluster对向阳侧磁层顶通量传输事件的联合观测研究

2004年2至4月期间,探测一号(TC-1)卫星和Cluster卫星有25次同时处在向阳侧磁层顶附近的磁鞘内,TC-1卫星在低纬区,Cluster卫星在中高纬区.利用这一期间两卫星探测到的27个通量传输事件(FTE),分析行星际磁场(IMF)横向分量BT={By,Bz}对磁层顶重联发生位置的影响,以及分量重联的观测事实,得到如下主要结果.(1)当IMF南向分量Bz占优势(|Bz|＞|By|)时,FTE大多(约占87.5%)能在低纬观测到,而当IMF By分量占优势(|Bz|＜|By|)时,则FTE大部分能在中高纬观测到(占84.2%);(2)很少观测到相关联的事件(关联事件指在低纬生成的FTE,向高纬运动中先后被TC-1卫星和Cluster卫星探测到的事件),表明在低纬形成的FTE可能大多沿磁层顶两侧滑向磁尾,只有少数可能运动到高纬地区;(3)中纬地区探测到的FTE大多是以分量重联方式产生于该区,而非来自磁赤道附近成对形成的FTE.      

地球弓激波的三维模拟

利用磁流体动力学(MHD)全球模拟结果,根据弓激波的跃变特性确定出弓激波位置,建立了一个新的综合考虑了快磁声马赫数、太阳风动压、行星际磁场强度以及磁层顶曲率半径的弓激波三维位型模型.将新模型与以往模型的模拟结果进行比较发现,新的弓激波全球模型结果可靠,解决了部分现有模型不能描述弓激波三维位型的问题.研究结果表明,在行星际磁场北向时,随着快磁声马赫数的增大,弓激波日下点距离减小,但是在行星际磁场南向时,快磁声马赫数的变化对弓激波日下点距离影响不大;弓激波位型在赤道面与子午面上存在明显的不对称性,而且随着行星际磁场的转向,这种非对称性也会发生相应改变;行星际磁场南向,B_z值较小时,子午面内弓激波位型已经不是简单的抛物线,出现了明显的类似于极尖区磁层顶的凹陷变化区.      

亚暴起始位置和膨胀相持续时间对行星际磁场Bz分量的响应

磁层亚暴是太阳风–磁层–电离层耦合过程中的重要爆发性事件,其特性受太阳风参数的影响很大。本文利用对IMAGE卫星在2000 － 2005年观测到的4193个亚暴起始事件,统计研究了在不同的行星际磁场（IMF）B_z 条件下亚暴起始位置和膨胀相持续时间。结果表明,南向IMF发生的亚暴比北向IMF下发生的亚暴要多。南向IMF条件下亚暴AE指数最大值的平均值基本上>600 nT,并有随南向IMF持续时间增大而增大的趋势。北向IMF条件下亚暴AE指数最大值的平均值基本上<500 nT,并有随北向IMF持续时间增大而减小的趋势。亚暴的起始磁纬度基本上位于65° － 70°之间。当南向IMF或北向IMF的持续时间增大,超过80 min时,北半球的亚暴起始磁纬度会降低。亚暴起始磁地方时大部分位于22:15 － 23:15 MLT之间。但整体分布比较分散,显示不出特别清晰的随IMF B_z持续时间变化的趋势。相比于南向的IMF,北向IMF期间发生亚暴的平均膨胀相持续时间增大了将近10 min,表明南向IMF期间,亚暴强度虽然较大,但其膨胀相持续时间较短,亚暴能量释放和耗散的速度更快。      

极向运动极光结构和喉区极光光学观测特征的对比分析

利用中国北极黄河站高时间分辨率的三波段全天空成像仪极光观测数据,联合太阳风和行星际磁场等观测,分析了极向运动极光结构（PMAFs）和喉区极光的形成及演化特征.研究发现:一系列PMAFs与喉区极光事件同时出现在观测视野中,其中PMAFs主要发生在日侧极隙区极光卵赤道向边界的极向一侧,沿东西方向分布,点亮后向高纬运动;喉区极光紧靠PMAF一侧发生,从极光卵赤道向边界向低纬延伸,沿南北方向分布,点亮后向高纬偏西方向运动;观测期间PMAFs发生频率高于喉区极光;当PMAFs与喉区极光同时出现时,PMAFs可以与喉区极光几乎同时出现或略晚于喉区极光出现,持续时间较喉区极光短.观测结果表明:与PMAF相对应的磁层顶重联过程和与喉区极光对应的磁层顶凹陷导致的磁重联过程在日侧磁层顶上的相邻区域分别发生,两种极光事件的形成过程相对独立,可能不存在相互触发关系.      

地磁暴期间中国中低纬电离层的CIT研究

利用电离层层析成像技术(Computerized Ionospheric Tomography, CIT)处理115°E子午圈附近6个台站的GPS观测数据, 分析了2004年11月地磁暴期间中国中低纬电离层的响应情况. 结果表明, 电离层呈正相扰动, 且不同高度上的响应不同, 800 km以下电子密度有不同程度的增加, 且在峰值高度附近增幅最大, 800 km以上地磁暴的影响并不显著; 伴随地磁能量的注入, 赤道异常峰极向扩展; 随磁扰强度的降低, 电子密度也逐渐恢复至平静水平. 这些结果与以往的理论和观测结果一致, 初步估计扰动是由热层暴环流引起的, 并受到赤道异常峰移动的影响.      

行星际激波对地球磁层的压缩效应分析

2004 年11月9日WIND飞船探测到一个典型的行星际激波. 激波前行星际磁场为持续约50 min的弱南向磁场, 越过激波面, 磁场发生北向偏转且太阳风动压脉冲增强. 在此强动压脉冲增强结构作用下, 磁层被压缩至一个很小的区域. 激波作用于磁层时引起地球同步轨道 各区域高能粒子通量的响应, 但是不同磁地方时的高能粒子通量的响应不同, 表现出双模式扰动, 即在晨昏两侧各能段的电子和质子通量显著增强, 在子夜侧发生类似于亚暴的无色散粒子注入现象. 扰动从向阳面传输到背阳面, 向阳面粒子通量最先增强, 随后背阳面靠近晨昏两侧, 粒子通量开始增强, 最后子夜侧粒子通量表现出无色散高能粒子注入的特点. 另外, 在靠近正午侧, 质子通量先于电子通量发生响应, 在子夜侧电子通量则先于质子通量发生响应. 利用位于向阳面正午两侧的GOES-10 和 GOES-12卫星观测数据发现, 激波作用于磁层时靠近晨侧的磁场变化表现出简单压缩效应, 而靠近昏侧的磁场变化则显然不同, Bx分量减弱, Bz分量几乎减为零, 而By分量则显著增强. 此外, 位于近地磁尾低纬尾瓣区的TC-1卫星观测到激波触发的尾瓣SI现象.      

Learning in an immersive digital theater

The Houston Museum of Natural Science, in collaboration with Rice University has an outreach program taking portable digital theaters to schools and community sites for over five years and has conducted research on student learning in this immersive environment. By using an external independent evaluator, the effectiveness of NASA-funded Education and Public Outreach (EPO) projects can be assessed. This paper documents interactive techniques and learning strategies in full-dome digital theaters. The presentation is divided into Evaluation Strategies and Results and Interactivity Strategies and Results. All learners from grades 3–12 showed statistically significant short-term increase in knowledge of basic Earth science concepts after a single 22-min show. Improvements were more significant on items that were taught using more than one modality of instruction: hearing, seeing, discussion, and immersion. Thus immersive theater can be an effective as well as engaging teaching method for Earth and Space science concepts, particularly those that are intrinsically three-dimensional and thus most effectively taught in an immersive environment. The portable system allows taking the educational experience to rural and tribal sites where the underserved students could not afford the time or expense to travel to museums.     

Stochastic particle acceleration by the forced interaction of relativistic current sheets

We address the problem of interacting relativistic current sheets in self-consistent kinetic plasma simulations within the framework of the Particle-In-Cell model. The interaction is enforced in head-on collisions of up to 10 current sheets at relativistic bulk speeds. The simulations are motivated by the general problem of Poynting flux dissipation in ‘striped wind’ configurations presumably governing the relativistic outflows pervasive in pulsar winds and gamma-ray bursts. We identify the generation of non-thermal particles and formation of a stable power-law shape in the particle energy distributions f(γ) dγ ∝ γ^−s dγ. In 1D, a spectral index s ∼ 2 is observed and attributed to a stochastic Fermi-type acceleration mechanism. In 2D, the generic index of s ∼ 3–4 is retained as in previous simulations of individual current sheets. Whereas in 2D the high energy cut-off is constrained by the limited dissipation of magnetic energy, in 1D the process converts the bulk motion of current sheets towards directed particle momentum of an exclusive class of non-thermal particles.     

Scaling analysis and model estimation of solar corona index

A monthly average solar green coronal index time series for the period from January 1939 to December 2008 collected from NOAA (The National Oceanic and Atmospheric Administration) has been analysed in this paper in perspective of scaling analysis and modelling. Smoothed and de-noising have been done using suitable mother wavelet as a pre-requisite. The Finite Variance Scaling Method (FVSM), Higuchi method, rescaled range (R/S) and a generalized method have been applied to calculate the scaling exponents and fractal dimensions of the time series. Autocorrelation function (ACF) is used to find autoregressive (AR) process and Partial autocorrelation function (PACF) has been used to get the order of AR model. Finally a best fit model has been proposed using Yule-Walker Method with supporting results of goodness of fit and wavelet spectrum. The results reveal an anti-persistent, Short Range Dependent (SRD), self-similar property with signatures of non-causality, non-stationarity and nonlinearity in the data series. The model shows the best fit to the data under observation.     

Development of a gas chromatography compatible Sample Processing System (SPS) for the in-situ analysis of refractory organic matter in martian soil: preliminary results

In the frame of the 2009 Mars Science Laboratory (MSL) mission a new sample preparation system (SPS) compatible with gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS) has been developed for the in situ analysis of complex organic molecules in the Martian soil. The goal is to detect, if they exist, some of the key compounds that play an important role in life on Earth including carboxylic acids, amino acids and nucleobases.     

基于LuGre模型的电液加载系统摩擦补偿

为了提高电液加载系统控制精度,针对摩擦问题提出了基于LuGre摩擦模型的前馈补偿方法.建立了用于摩擦仿真分析和补偿器设计的电液加载系统数学模型;通过实验获取并分析了相关的摩擦数据;基于实验数据进行LuGre模型参数辨识,把LuGre模型和辨识结果引入电液加载系统数学模型,并进行仿真结果与实际摩擦数据的对照,证明了LuGre摩擦模型的准确性.设计前馈补偿器,进行了实验对比,实验结果表明前馈补偿器可将摩擦产生的控制误差有效地降至未补偿时的30%左右.      

CoRoT and Kepler results: Solar-like oscillators

The space-borne observatories CoRoT (Convection Rotation and planetary Transits) and Kepler have provided photometric time series data of unprecedented precision for large numbers of stars. These data have revolutionized the fields of transiting exoplanets and asteroseismology. In this review some important asteroseismic results obtained using data from the CoRoT and Kepler space missions concerning stars that show solar-like oscillations are discussed. These results comprise, among others, measurements of the location of the base of the convection zone and helium second-ionization zone in main-sequence stars, the presence (or not) of core-helium burning in red-giant stars, as well as differential rotation in these stars.     

Radioactivity of the Moon and planets

In this report the main results of the study of radioactivity of the solar sistem bodies are considered. The radioactivity of the Moon and planets was measured by means of vehicles in situ. The radioactivity of the lunar samples, brought to the Earth was studied with laboratory equipment.     

Return to Europa: Overview of the Jupiter Europa orbiter mission

Missions to explore Europa have been imagined ever since the Voyager mission first suggested that Europa was geologically very young. Subsequently, the Galileo spacecraft supplied fascinating new insights into this satellite of Jupiter. Now, an international team is proposing a return to the Jupiter system and Europa with the Europa Jupiter System Mission (EJSM). Currently, NASA and ESA are designing two orbiters that would explore the Jovian system and then each would settle into orbit around one of Jupiter’s icy satellites, Europa and Ganymede. In addition, the Japanese Aerospace eXploration Agency (JAXA) is considering a Jupiter magnetospheric orbiter and the Russian Space Agency is investigating a Europa lander.     

基于最小值原理的冗余度机器人动力学控制

为了解冗余度机器人全局法优化中数值求解的困难,本文讨论了动力学方程的建立,无约束和有约束最优控制问题之间的内在联系,重点分析了求解最优控制问题的数值方法,文中提出了双向异步积分迭代的求解正则方程组的直接迭代法,较好解决了状态方程和协态方程稳定相逆给求解两点这值问题带来的困难。     

基于GPS载波相位的微卫星姿态算法研究

GPS姿态系统是利用GPS载波相位测量来确定载体的航向和姿态角。本文对微卫星的GPS姿态系统进行了研究。重点解决短基线的GPS状态算法，讨论了姿态价格函数的了小化方法。测试结果表明，所提的算法对小于1m的基线是有效的。