太阳风中磁重联的可能性及其观测证据

本文利用美国行星际监测卫星IMP-H和IMP-J同时在弓激波上游的极佳时机(1976年1月21日—22日)探测的结果, 比较了两个卫星同时测得的离子脉冲(E≥125keV/Q, Q≥1)的计数率和各向异性.分析表明在IMP-H比IMP-J离地球远的四个事件a—d中, a和b事件时, IMP-H上测得的计数率大于IMP-J上计数率, 各向异性从太阳指向地球;c事件时, IMP-J上计数率大于IMP-H上的测量值, 各向异性从太阳指向地球;d事件时, IMP-J上计数率大于IMP-H上的相应值, 各向异性改变方向, 从地球指向太阳.它们可以用太阳风中扇形边界样的磁场反转形态磁重联产生的高能粒子的假说来满意地得到解释.      

三维非线性撕裂模耦合和快速磁场重联

基于三维不可压缩电阻性ＭＨＤ方程，在长柱形位型下，数值研究了电阻撕裂模不稳定性所引起的磁场重联过程。研究结果表明，撕裂模的非线性相互作用和耦合，将产生许多模式的强裂解稳和导致快速的磁场重联。这一过程的进一步发展，导致具有螺旋形结构，不同模式的磁岛磁力线重叠，从而引起较大区域内的磁场各态经历和磁力线随机走向，形成撕裂模端动。     

磁层氧离子向磁鞘泄漏的机制和效应

１９９７年 １月 １０日磁暴期间， Ｇｅｏｔａｉｌ卫星在向阳侧的磁鞘中观测到了磁层氧离子突增事件．这些氧离子的出现和磁鞘中存在很强的南向行星际磁场有关．事件期间向阳面发生了准静态的磁重联，氧离子流存在由北向南的速度分量．通量突增过程具有逆向和正向能量色散现象，磁层内部只有氧离子有可能被梯度漂移输送到重联区，所以只有氧离子在磁鞘中持续地被观测到．估计氧离子的逃逸速率为 ０．６１× １０２３／ｓ，大约为环电流氧离子输入率的 ３３％．大量的环电流氧离子由磁层跑到了磁鞘，导致环电流指数 ＡＳＹ－Ｈ呈现明显的非对称性．     

磁重联区Alfven波及新生离子的加速

利用二维混合数值模拟研究了有速度驱动、低等离子体β值情况下的磁场重联过程，结果表明磁重联过程可以产生Alfven波，该Alfven波动对重新区中的新生离子作用，使得新生离子经历投掷角散射方程，具有球壳分布特征，部分新生离子得到加速，其获得的最大能量约为4（miVA0^2/2)，此加速过程所需的加速时间在100／Ωi量级，是一个极快的加速机制，加速粒子能谱为双幂律谱。     

无力场的触发重联和太阳耀斑

采用多步隐格式,对在瞬间形成的电流片的触发下的高剪切无力场的磁重联过程进行了数值模拟。磁重联首先在交界面处的非中性电流片区出现,然后向无力场区蔓延。在磁重联过程中,在无力场区形成一高温环状结构,物质向光球层流动。在高温环内侧的新喷发场区,物质向上流动。磁重联主要集中在初始电流片外侧的高剪切无力场区,高温环顶部的温度最高,位置基本固定。在磁重联的过程中,剪切磁场分量的空间梯度减小,无力场因子下降。     

电流片的自发重联与无力场──磁岛的形成

采用二维三分量磁流体力学数值模拟方法,研究了线性无力场对电流片的自发重联的影响。结果表明:电流片的背景场(无力场)对重联的拓扑位形有重要的影响,当无力场因子达到一定值时,在模拟区域内出现大范围的磁岛,磁岛厚度随时间的发展而增加,而无力场因子较小时则没有磁岛形成。当无力场因子为零时,即回到普通的位场情形的单x线重联,位场情形磁场拓扑位形与Scholar的结果一致。      

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。      

磁尾等离子体片对流对亚暴的影响

采用2(1/2)维全粒子电磁模拟方法研究了等离子体片中稳态对流及局地爆发高速流对磁层亚暴触发过程的影响.研究发现,地向瞬时局地高速流可触发磁场重联,导致储存于磁尾磁场能量的快速释放.但是,等离子体片稳态对流可抑制磁尾磁场重联过程.此项研究结果表明,局地爆发高速流能够触发磁层亚暴;而行星际磁场(IMF)持续南向时的稳态磁层对流期间,不易发生亚暴.      

基于能量色散特征计算磁层顶重联位置的方法研究

磁层顶磁场重联是太阳风向磁层输入能量的主要方式.重联如何触发一直是空间物理研究的难点,其机制仍然有待深入研究.由于卫星穿越磁层顶时,很难恰好穿越重联发生的区域,因此难以观测到重联的触发条件.本文利用THEMIS卫星观测,确立了反演磁层顶重联点的方法.当重联刚开始发生时,卫星能够观测到离子的能量色散特征,可利用其计算卫星到重联发生位置的距离.沿着磁力线模型追踪该距离即可反演出磁层顶发生重联的位置.与其他方法进行了对比分析,结果显示本文方法比其他方法具有更高的精度.