火星空间磁场结构特征

在火星空间模拟的单流体MHD模型的基础上, 研究了火星空间磁场结构及火星表面局部磁异常对磁场结构的影响. 在太阳风与火星相互作用的过程中, 形成弓激波和磁堆积区, 行星际磁场弯曲并向两极移动且被拖拽变形, 大部分磁力线从火星两极绕过, 通过火星之后在磁尾留下V字形结构. 火星表面附近局部磁异常也对火星磁场结构产生不可忽视的影响. 不同位置和强度的磁异常与太阳风相互作用形成结构及形态各异的微磁层, 如被拖拽的微磁层和存在开磁力线的微磁层等. 局部磁异常改变了近火磁场结构, 并可能改变等离子体的分布.     

火星空间磁场低频波动

波动是无碰撞等离子体中能量重新分配的重要途径。对波动的研究有助于更准确地认识太阳风与火星的相互作用,认识火星空间环境的特征。介绍了火星空间中常见的几种磁场低频波动,包括离子回旋波（Ion-CyclotronWave,ICW）、磁流体动力学（MagnetoHydro Dynamic,MHD）波、镜像模波、哨声波以及磁场锯齿状波动,总结了这几类波动的特征和可能的形成机制,说明不同种类的波动所反映的不同的物理过程。由于波粒相互作用在火星离子逃逸的过程中起到了重要作用,波动可影响火星环境的演化。     

火星磁层顶形成和变化的理论研究

考虑太阳风动压与行星电离层中的带电粒子热压及磁压之和平衡,建立了有大气（电离层）的行星磁层顶形成的理论模型,结合卫星对火星的观测数据,对子午面内向日侧火星磁层顶位形进行了数值计算和分析,研究了火星磁层顶位形及其与太阳风动压之间的变化关系．结果认为,火星磁层顶位形与地球磁层顶相似．太阳风动压越大,火星磁层顶越靠近火星;太阳风动压越弱,火星磁层顶越远离火星．根据火星内秉磁矩从古到今逐渐减小的观点,探索了大尺度磁场（内禀磁矩）对火星磁层顶的贡献作用,结果认为大尺度磁场越强,火星磁层顶越远离行星．这对于进一步研究火星磁层的长期演化以及其他行星磁层的位形变化都具有重要的意义．     

萤火一号火星探测计划的科学目标

与其他行星相比火星是与地球最为相似, 也是最有可能在其上发现地球以外生命现象的一颗行星, 因此特别受到人类的关注. 近年来, 有国家已经发射了火星探测器, 并启动了载人火星探测研究计划. 中国是世界上第五个具备自主发射人造卫星的国家, 也是世界上第三个具备自主开展载人航天活动的国家. 但是中国在深空探测领域才刚刚起步. 2007年中俄两国签署了联合探测火星计划, 俄罗斯负责将中国研制的一颗微小卫星------萤火一号发送至火星轨道. 萤火一号将开展自主探测, 并与俄罗斯的火卫一探测器开展联合探测. 本文综述了萤火一号任务提出的科学背景及科学目标, 简要介绍了为实现科学目标配置的有效载荷, 以及入轨后的主要探测任务, 并对其科学探测结果进行了初步的展望.     

火星空间大尺度电流体系分布特征

在MHD模型基础上, 对火星空间环境的电流分布进行了模拟. 结果表明, 火星空间存在着弓激波电流、磁堆积区电流、电离层电流和磁尾电流. 弓激波电流在激波曲面上均由北向南自成体系, 电流密度在弓激波顶区域较大. 在向阳面磁堆积区边界电流与电离层电流彼此耦合形成完整的回路, 在背阳面磁堆积区边界电流与磁尾中心电流片耦合形成完整的回路.     

火星空间环境磁场探测研究

萤火一号卫星将对火星空间环境磁场实施探测. 火星磁场对火星弓激波、磁鞘、电离层、大气等绝大多数空间环境效应都具有重要影响, 萤火一号对火星磁场的探测是通过搭载于其上的科学载荷磁强计来实现的. 此磁强计在工作原理及具体设计上, 考虑了火星轨道严酷的工作环境和科学目标所需的测量要求. 通过装星前的地面标定测试, 验证了萤火一号磁强计可以在-130~75°C温度范围内测量±256 nT以内的磁场, 分辨率可达到0.01 nT, 带宽内总噪声小于0.03 nT, 能够满足萤火一号对火星空间环境探测的需求.     

行星际磁场北向时磁层顶区磁场重联的全球模式

在对背阳面磁层顶区局域磁场重联模拟的基础上提出了一个行星际磁场北向时磁层顶磁场重联的全球模式。行星际磁场北向时碰层顶磁场重联导致近地尾瓣的能量被输送到远磁尾,太阳风能量不在磁尾储存,向阳面磁层顶变厚,磁层受到一系列扰动。     

火星空间环境磁场探测研究——高精度磁强计

萤火一号卫星将对火星空间环境磁场实施探测。火星磁场对火星弓激波、磁鞘、电离层、大气等绝大多数空间环境效应都具有重要影响,萤火一号对火星磁场的探测是通过搭载于其上的科学载荷磁强计来实现的。此磁强计在工作原理及具体设计上,考虑了火星轨道严酷的工作环境和科学目标所需的测量要求。通过装星前的地面标定测试,验证了萤火一号磁强计可以在-130～75℃温度范围内测量±256nT以内的磁场,分辨率可达到0.01 nT,带宽内总噪声小于0.03 nT,能够满足萤火一号对火星空间环境探测的需求。     

利用TIE-GCM模式计算电离层电流及夜间电离层磁场

电离层电流产生的磁场是地磁场卫星测绘时需要剔除的干扰源.利用电离层热层模式TIE-GCM计算电离层中的中性风、重力驱动和压强梯度等形成的电离层电流的全球分布,分析电流在特定位置产生的磁场及磁场三分量随纬度的变化规律.结果表明,E层尤其是磁赤道和极区的电流密度较大,可达10³nA·m^-2量级,F层电流密度量级约为10nA·m^-2.在磁静日（Kp≤ 1）夜间22：00LT-04：00LT,电离层电流在中低纬度（南北纬50°之间）产生的磁场量级为几个nT,且磁场的南北向分量和径向分量基本大于东西向分量.通过与CHAMP卫星磁测数据分析比较,发现TIE-GCM模式计算电离层干扰磁场在中低纬度可以取得较好的结果,但在高纬度地区的效果不理想,还需进一步改进模式以提高计算精度.     

基于MARSIS的火星低纬度电离层统计特性研究

在对欧空局火星快车探测器搭载的MARSIS雷达的浅表层探测数据进行校准过程中,获得了火星电离层的总电子含量(total electron content,TEC)观测数据。利用该数据,计算火星低纬度地区电离层的峰值电子密度和标高;并对其进行统计分析发现,在低纬度地区,火星冬季电离层的标高和峰值电子密度均较夏季高,即冬季电离层较夏季更显著,且春季电离层的电子密度梯度最大。     

木星磁场及磁场模型的对比分析

木星具有太阳系最强的行星磁场,是木星探测面临的基本环境。首先对磁场环境及其数学模型进行了调研,并在研究木星磁场模型以及磁场的数学原理的基础上,使用MATLAB数学工具实现了木星主磁场的计算,对VIP4、VIT4、O6和V1_17ev（eigenvector,特征向量）4个模型与磁测数据进行了对比及分析。研究结果表明这4个模型计算得到的磁场强度范围较为一致,但在全球磁场分布上存在差异,尤其是对磁南极位置的识别上,4个模型的结果都不相同;在对模型计算结果与探测数据的探讨分析中,发现4个模型与探测数据的符合较为一致,偏差均较小。可为木星探测的环境保障提供必要的理论基础和计算模型支撑。     

火星电离层探测

火星已经成为深空探测的重要目标之一, 登陆火星并在火星生存是人类探测火星的终极目标, 因此电离层是必须了解的火星电磁环境. 火星电离层探测包括直接探测和间接探测. 直接探测精度高, 有较高的空间分辨率, 但是观测时间短, 无法提供长期稳定的探测结果. 对火星电离层的间接探测结果主要来自无线电掩星探测和顶部雷达探测. 无线电掩星探测可实现对火星电离层整个电子密度剖面的长期稳定探测, 但其空间水平分辨率较低, 且可探测的电离层太阳天顶角范围受到地球与火星轨道的限制. 顶部雷达探测对火星电离层的探测具有很高的时间分辨率和空间分辨率, 且同样可进行长期稳定探测, 为火星电离层研究提供了最新的支持. 通过对火星电离层探测的基本方法及典型观测结果的分析, 提出通过几种探测方法适当结合的方式, 同时对火星电离层进行观测, 能够大大推进对火星电离层的研究.     

电离层等离子体泡的磁场扰动特征与识别

等离子体泡是赤道区电离层常见的密度耗空结构,同时伴随着背景磁场的增强和垂直背景磁场方向上的扰动,这些扰动具有阿尔芬波的特征。本文利用Swarm卫星的标量、矢量磁场以及等离子体观测数据,考察了等离子体泡产生的磁场扰动信号特征,发现磁场强度和平均场向分量的增强均与等离子体泡密度下降有较强的负相关性,说明磁场标量和矢量（平均场向分量）数据都可以用来识别等离子体泡。由于Swarm卫星的标量磁场数据噪声明显低于矢量磁场数据,利用标量磁场数据可以提高等离子体泡的识别率,识别更多波动较小的等离子体泡。     

An overview of radar soundings of the martian ionosphere from the Mars Express spacecraft

The Mars Express spacecraft carries a low-frequency radar called MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding) that is designed to study the subsurface and ionosphere of Mars. In this paper, we give an overview of the ionospheric sounding results after approximately one year of operation in orbit around Mars. Several types of ionospheric echoes are commonly observed. These include vertical echoes caused by specular reflection from the horizontally stratified ionosphere; echoes from a second layer in the topside ionosphere, possibly associated with O⁺ ions; oblique echoes from upward bulges in the ionosphere; and a variety of other echoes that are poorly understood. The vertical echoes provide electron density profiles that are in reasonable agreement with the Chapman photo-equilibrium model of planetary ionospheres. On the dayside of Mars the maximum electron density is approximately 2 × 10⁵ cm⁻³. On the nightside the echoes are often very diffuse and highly irregular, with maximum electron densities less than 10⁴ cm⁻³. Surface reflections are sometimes observed in the same frequency range as the diffuse echoes, suggesting that small isolated holes exist in the nightside ionosphere, possibly similar to those that occur on the nightside of Venus. The oblique echoes arise from upward bulges in the ionosphere in regions where the crustal magnetic field of Mars is strong and nearly vertical. The bulges tend to be elongated in the horizontal direction and located in regions between oppositely directed arch-like structures in the crustal magnetic field. The nearly vertical magnetic field lines in the region between the arches are thought to connect into the solar wind, thereby allowing solar wind electrons to heat the lower levels of the ionosphere, with an attendant increase in the scale height and electron density.     

A review of observed variability in the dayside ionosphere of Mars

Recent measurements by Mars Global Surveyor and Mars Express have greatly increased the number of observations of the martian dayside ionosphere available for study. Together with earlier measurements from the Viking era, these datasets have been used to investigate variations in well-known properties of the martian dayside ionosphere and to discover new ionospheric features. The dayside ionosphere includes the main peak, called the M2 layer, and a lower layer, called the M1 layer. In the topside, above the M2 layer, electron densities exponentially decrease with increasing altitude.