嫦娥一号卫星太阳风离子探测器离子流量反演太阳风参数与初步结果分析

嫦娥一号卫星(Chang'E-1)上搭载的两台太阳风离子探测器(SWID-A/B)是国际上首次在200 km极月轨道观测等离子体环境的探测仪器.SWID-A/B的科学目标是探测月球附近等离子体与月球的相互作用,获得月球附近的太阳风速度、密度和温度.太阳风离子探测器的观测数据是各能量成分离子流量的直接反映,包含了太阳风离子的速度、密度和温度信息.本文设计了一种利用离子流量数据反演太阳风速度、密度和温度的算法,并通过模拟太阳风离子注入探测器的过程,验证了算法的可行性.对月球附近太阳风离子基本特征的分析研究表明,在太阳活动低年,空间环境扰动水平相对较低时,行星际太阳风运动到月球附近后依然保持着相同的变化趋势;太阳风离子的速度和密度与在上游行星际空间时相近;太阳风离子的温度则比在上游行星际空间时高103 K.     

三维MHD背景场下太阳高能粒子平均自由程模拟

太阳高能粒子（SEP）的平均自由程是研究SEP传播的重要参数,由SEP的物理性质和太阳风物理性质决定.使用MHD-SEP模型对三维MHD背景场下的平均自由程进行了探讨,利用该模型具有可提供接近物理真实的太阳风背景场的优势,对SEP的平均自由程进行了定性分析.分别对太阳活动高年和低年选取2个卡林顿周进行模拟,定性分析其空间变化,并研究平均自由程与径向太阳风速度的相关性.结果表明:该方法得到的平均自由程空间分布与以往研究得到的关于平均自由程的结论相吻合,可以用来定性确立平行平均自由程;该模型可以反映不同事件中平行平均自由程分布的不同特征;表现了平均自由程与径向太阳风速度有很好的负相关关系.结果可为未来缓变SEP平均自由程研究作参考.      

近月空间带电粒子环境——“嫦娥1号”“嫦娥2号”观测结果

“嫦娥1号”（CE-1）、“嫦娥2号”（CE-2）都安装了1台太阳高能粒子探测器（High-energetic ParticlesDetectors,HPD）和2台太阳风离子探测器（Solar Wind Ion Detectors,SWIDs）,进行了月球轨道200 km和100 km空间环境探测,获得了月球轨道空间高能带电粒子（质子、电子和重离子）能谱随时间的演化特征、等离子体与月球相互作用特征以及太阳风离子速度、密度和温度参量。空间环境探测数据分析结果表明：太阳活动低年、空间环境扰动水平相对较低、月球处于太阳风中时,近月空间带电粒子环境的基本特征与行星际空间相比变化不大。CE-1、CE-2在轨运行期间,发现了多起0.1～2 MeV能量电子急剧增加事件,这些事件发生在月球从太阳风运动到磁尾的所有空间区域,其中20%的事件伴随着卫星周围等离子体离子加速。模拟和统计研究表明：能量电子急剧增加使得绕月卫星和月球表面电位大幅下降导致了离子加速现象的发生;能量电子总流量大于10¹¹ cm^-2时,绕月卫星和月球表面充电电位可达负的上千伏。此外,月表溅射与反射太阳风离子、太阳风“拾起”离子等空间环境事件的发现,揭示了太阳风离子和月球存在复杂的相互作用过程。     

天气尺度到气候尺度太阳风变速对中高纬大气环流的影响

通过对冬季太阳风短时(天气尺度)降速与北大西洋涛动和北极涛动等北半球中高纬度环流指数的时序重叠分析,结合对1963年以来48个冬季太阳风平均速度与北极涛动等指数的相关分析发现,从短时太阳风降速到向亚极光带沉降的辐射带高能电子通量显著下降,北极涛动也有迅速的响应,这预示着从太阳风到大气环流存在天气尺度的短时关系链,在这一时间尺度现有理论中仅有“空间粒子-大气电-云微物理”联系机制能较好地解释;太阳风速度与北极涛动的正相关信号在气候尺度上也有显著体现,太阳风可能通过高能电子沉降与北半球冬季中高纬度环流相联系,这表明太阳风通过大气电-云微物理过程驱动的过程是太阳活动影响气候变化的不可忽视的途径;开展太阳风起源、空间环境与大气(环流、电场)和地磁系统的联合观测及数值模拟是揭示日地天气与气候联系的重要研究内容之一.      

西德、美、英将联合研制太阳风实验卫星

西德、美国和英国正在联合发展一项三颗卫星的太阳风实验计划,每国提供一颗,专门从事有源磁层粒子示踪探测任务。又称为有源磁层粒子示踪探测器(AMPET)。在太阳风和地球磁场尾部释放钡离子和锂离子,以研究太阳风进入地球磁层的质量转移和磁层内部和尾     

太阳探测:半个世纪“追风”史

正作为一种太空中发生的物理现象,探测器从太空中带来的新数据持续推动着太阳风研究的发展,而新的研究问题又不断为新的探测任务提出需求。从"水手2号"首次系统探测太阳风开始,人类对太阳风的探测已经走过了50多年的发展历程。本文将选择有代表性的太阳风探测器,为读者介绍人类对太阳风的探索历程。     

空间环境地基综合监测网项目（子午工程二期）正式启动

<正>英国航天局(UKSA)网站2019年6月4日报道,在欧洲空间局(ESA)的资助下,英国将开发一种用于空间天气监测的新设备,以观测太阳风,保护航天员、卫星和地面基础设施,并基于此与美国合作建立一个增强型空间天气预报系统。空间天气是全球关注的问题。英国航天局、ESA计划与美国的NASA、美国国家海洋与大气管理局     

“新视野”的眼睛

<正>科学仪器是"新视野"的"眼睛"。"新视野"携带了7台重30千克的科学仪器。其中光学设备有3台。分别是:远程勘测成像仪、可见-红外成像光谱仪、紫外成像光谱仪,分别拍摄可见光、红外和紫外图片。另外4台仪器分别是:太阳风测量仪、无线电科学实验仪、能量粒子谱仪、学生尘埃计数器,分别用于测量冥王星附近和表面的太阳风、大气、能量粒子和尘埃。     

ESA科学计划委员会批准实施欧中合作SMILE任务

ESA网站2019年3月5日报道,ESA科学计划委员会已经正式批准实施中欧合作太阳风-磁层相互作用全景成像卫星(SMILE)任务,这标志着SMILE全面进入工程研制阶段。SMILE将于2023年底发射,运行寿命3年。该计划由ESA和中国科学院联合顶层策划,共同征集、遴选而出,并合作开展方案设计、工程研制以及数据分析与利用,是继地球空间双星计划后中欧又一大型空间探测计划。     

弓激波模型的对比

使用Cluster卫星的弓激波穿越数据,比较了Peredo弓激波模型、Merka弓激波模型、Chao弓激波模型和Lu弓激波模型在极端太阳风条件、偶极倾角较大和平静太阳风条件下的预测精度.结果表明:Peredo模型在极端太阳风条件和平静太阳风条件下的预测误差均较大;Merka模型在极端太阳风条件下的预测误差较大;Chao模型可以较为准确地描述平静太阳风条件下的弓激波位型,但不能准确描述偶极倾角较大时的弓激波位型;Lu模型可以同时准确描述极端太阳风条件和平静太阳风条件下的弓激波位型.      

中国地球空间双星探测计划科学研讨会召开

中国地球空间双星探测计划科学研讨会于2002年9月2至7日在山东省潍坊市举行.参加会议的有来自国家航天局、国家自然科学基金委、中国科学院空间科学与应用研究中心、中国科学院地质与地球物理研究所、中国科学技术大学、中国科学院紫金山天文台、北京大学、武汉大学、大连理工大学、中国极地研究所、浙江大学以及潍坊学院的代表共75名.会议的主题为中国地球空间双星探测计划的关键科学问题研究.会议首先邀请有关专家学者就双星计划科学应用分系统的进展情况、目前空间物理方面的一些主要研究方向的研究现状、主要结果和发展趋势做了报告.报告内容主要集中在太阳风与磁层的相互作用、磁层亚暴和磁暴的触发机制、资源1号卫星高能粒子辐射事件及磁层与电离层耦合、亚暴期间空间电流体系、磁层粒子的来源及电离层上行     

背景太阳风数值模拟的熵守恒格式

背景太阳风研究是根据行星际扰动传播情况预测空间天气状况的基础,磁流体（MHD）模拟是背景太阳风研究的重要手段.采用一种新的数值计算方式,利用Ideal GLM-MHD将计算过程中产生的磁场散度以c_h的速度向计算区域外传播,从而消去磁场散度;重构部分使用受约束的最小二乘法,将磁场散度作为约束条件添加到重构中,进一步对重构后的磁场梯度进行修正;通量计算采用满足热力学第二定律的熵守恒格式,该格式能够确保在计算过程中熵不增,保证数值稳定.研究结果表明,该方法应用于太阳风数值模拟的求解得到了更加稳定的结果.      

膨胀磁场和太阳风粒子相互作用三维数值模拟

采用三维模型,使用混合网格质点法HPIC(Hybrid Particle-in-Cell)对膨胀的磁场和太阳风相互作用过程进行数值模拟.研究了线圈产生的偶极子磁场在注入等离子体后和太阳风粒子的相互作用过程,并对以不同速度入射的等离子体引起的太阳风粒子的变化和磁场变化进行了比较.研究结果表明,偶极子磁场和太阳风作用时会产生弓形激波,此时磁压等于太阳风粒子的动压,当向线圈产生的偶极子磁场中注入高能等离子体时引起磁场膨胀,膨胀的磁场将会排斥太阳风粒子向外运动,从而引起弓形激波的变化,增大与太阳风相互作用的面积,并且粒子入射速度越大,磁场膨胀越明显,与太阳风相互作用愈强.      

太阳系的边界在哪里?

2011年将近尾声的时候,迄今为止人类飞得最远的空间探测器——美国航宇局的"旅行者"1号探测器再次带来有关太阳系边疆的最新消息。传回的信号表明,它已经进入了太阳系和星际空间的交会区——太阳风层顶(heliopause),在那里,从太阳向外流     

二维太阳风速度结构与日球电流片

本文分析了第1733—1742Carrington周的太阳耀斑、行星际闪烁(IPS)、太阳风及K-日冕资料,对二维太阳风速度结构进行了综合研究。结果表明:速度的大尺度分布、高速区、速度梯度、经度不均匀性和边界形状等方面相对于太阳赤道面都是不对称的;通过对理想的和实际的电流片以及飞船测量的磁场和速度比较,可以看到电流片附近大体上为低速区,但不存在简单的对应关系;扰动太阳风对背景太阳风的二维速度结构有显著的影响;理想电流片与实际电流片之间也存在较大的差距。      

高速太阳风条件下日侧磁层顶磁通量传输事件的全球磁流体力学模拟结果

利用全球磁流体力学模拟,研究了高速太阳风条件下日侧磁层顶的磁通量传输事件（FTE）发生率的空间分布.从模拟结果中得到了FTE信号,并且这些FTE信号的特征与观测结果基本一致.磁层顶上的10个取样点共观测到39个FTE信号.统计分析表明,越靠近翼侧则观测到的FTE信号越少.这一现象可能是磁鞘中太阳风速度分布差异导致的.      

日冕边界条件与太阳风共转相互作用

本文根据第二十太阳周太阳风数据的统计分析结果,用太阳风二维理想流体模型探讨近太阳区的不同边界条件太阳风与共转相互作用对1AU处太阳风各参数影响,得到共转相互作用不能引起太阳风速度和马赫数的反相扰动,推断在太阳风加速区温度扰动对太阳风的影响最大,而在太阳风传播区速度扰动对太阳风的影响最大.      

NASA为太阳探测器命名

<正>近日,NASA宣布用著名科学家芝加哥大学荣誉教授尤金·帕克的名亨来为其"太阳探测器+"任务命名,即"帕克太阳探测器"。即将迎来90岁生日的帕克1958年预测到了太阳风的存在。NASA以往的"啥勃"空间望远镜等天文卫星都是用已过世科学家的名字来命名,用尚在世学者的名字来命名这还是第一次。该探测器由约翰·霍     

几种材料的磁层亚暴环模试验

<正> 一、引言星际空间存在运动着的带电粒子。当太阳风粒子到达地球磁层顶且随着太阳风粒子而来的星际磁场,指向地磁南极时,太阳风中的感应电流产生的附加场使地磁场发生畸变。迎着太阳的一面较为扁平,而背着太阳的一面形成一个很长的磁尾。在磁尾区,太阳风粒子的注入(它们的能量为几十电子伏到几千电子伏)引起了高能粒子的大量增加。这些高能粒子在     

IMF北向时太阳风粒子向磁层输运的试验粒子模拟研究

以ACE卫星实时观测数据驱动的全球磁流体模拟为背景场,选取2003年10月22－24日行星际磁场（IMF）持续北向的事件,使用试验粒子方法,对太阳风粒子向磁层输运的过程进行模拟研究,分析北向IMF下太阳风粒子注入磁层过程中粒子在磁层内的空间分布和时间演化特征。IMF北向期间,进入环电流区域的粒子在晨侧区域的密度大于昏侧,且晨侧的粒子分布范围更广。背阳面磁鞘中的太阳风粒子可以通过低纬边界层进入磁层,但很难通过南北侧磁层顶进入磁层。进入磁尾的太阳风粒子聚集形成冷而密的等离子体片（CDPS）,模拟中CDPS的空间分布和密度大小与观测数据符合。在IMF长时间北向期间,磁尾的粒子数量呈现随时间增长的趋势,并存在约20 min的小幅度准周期变化和约5~6 h的较大幅度的准周期变化。