磁尾等離子體片內(nèi)磁結(jié)構(gòu)及其與等離子體流的關(guān)系研究.pdf

1、磁洞是一種磁場(chǎng)強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)迅速降低的空間結(jié)構(gòu)。磁洞首先是在太陽(yáng)風(fēng)中被觀測(cè)到的，后來(lái)在行星磁鞘、彗尾、木衛(wèi)一附近以及地球磁層極尖區(qū)都有關(guān)于磁洞的報(bào)道。這些磁洞結(jié)構(gòu)的尺度大約在十幾個(gè)至幾十個(gè)背景質(zhì)子回旋半徑。對(duì)于在行星磁鞘中觀測(cè)到的磁洞，一般認(rèn)為是由鏡像不穩(wěn)定性產(chǎn)生的。而對(duì)于在太陽(yáng)風(fēng)中觀測(cè)到的磁洞的產(chǎn)生機(jī)制目前還存在著爭(zhēng)議。最近有人利用THEMIS衛(wèi)星在等離子體片的兩次偶極化之間觀測(cè)到了一系列的磁洞結(jié)構(gòu)。磁尾等離子體片磁洞是一類(lèi)新發(fā)現(xiàn)的結(jié)

2、構(gòu)，因此我們需要對(duì)這類(lèi)磁洞有更深入的了解，同時(shí)由于等離子體片磁洞與偶極化過(guò)程密切相關(guān)，對(duì)它的研究可能會(huì)對(duì)我們更加全面的了解偶極化有一定的幫助。而與磁尾小尺度磁洞相關(guān)但具有不同特性的大尺度磁尾電流片拍動(dòng)的統(tǒng)計(jì)研究，有助于我們對(duì)電流片本身的特性及其與等離子體流的作用過(guò)程做進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。本論文使用Cluster和TC-1衛(wèi)星在磁尾等離子體片內(nèi)部觀測(cè)研究了一種小尺度的磁洞結(jié)構(gòu)，同時(shí)使用Cluster衛(wèi)星統(tǒng)計(jì)研究了大尺度的磁尾電流片的拍動(dòng)特性，并

3、且討論了他們和等離子體流的關(guān)系。
　　 我們使用Cluster多顆衛(wèi)星的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)位于等離子體片內(nèi)的小尺度磁洞是一種空間結(jié)構(gòu)，而不是由于磁尾電流片的拍動(dòng)引起的一種時(shí)間效應(yīng)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，絕大部分磁洞背景磁場(chǎng)的Z分量大于X分量(93％)，比隨機(jī)挑選的等離子片穿越事件中磁場(chǎng)滿足Z分量大于X分量所占的比例(31.5％)高很多，因此這類(lèi)磁洞與偶極化存在著密切的聯(lián)系。這類(lèi)等離子體片內(nèi)觀測(cè)到的磁洞的尺度基本與質(zhì)子回旋半徑相當(dāng)，并且伴隨著電子在9

4、0°投擲角的增強(qiáng)，這與前人的THEMIS觀測(cè)結(jié)果不同。我們的統(tǒng)計(jì)結(jié)果還顯示，這類(lèi)磁洞發(fā)生在鏡像穩(wěn)定的等離子體環(huán)境下，所以這類(lèi)磁洞是否與離子存在某些聯(lián)系值得懷疑，但我們的研究結(jié)果認(rèn)為，這類(lèi)磁洞是由發(fā)生在偶極化期間的某種電子不穩(wěn)定性產(chǎn)生的。
　　 對(duì)比Cluster和TC-1衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，TC-1衛(wèi)星觀測(cè)到的磁洞尺度相比Cluster要大一些,而且TC-1觀測(cè)到的磁洞磁場(chǎng)比值(磁洞內(nèi)部最小值和磁洞背景磁場(chǎng)值的比值)要比C

5、luster小，因此TC-1觀測(cè)到的磁洞似乎比Cluster觀測(cè)到的磁洞發(fā)展的更充分因?yàn)門(mén)C-1衛(wèi)星的軌道小于Cluster衛(wèi)星的軌道,而且統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示無(wú)論是Clustcr探測(cè)到的磁洞還是TC-1觀測(cè)到的磁洞，它們的背景等離子體速度的方向都是地向的，因此我們推測(cè)，Cluster軌道處的磁洞隨著背景等離子體流傳播到TC-1軌道處，在這個(gè)過(guò)程中，磁洞得到了進(jìn)一步的發(fā)展。
　　 我們利用一種技術(shù)區(qū)分了小尺度的磁洞穿越和大尺度的電流片拍

6、動(dòng)的事件，并且在我們以往研究的基礎(chǔ)上，研究了大尺度的電流片拍動(dòng)結(jié)構(gòu)的特性，Cluster觀測(cè)到的磁尾電流片位置分布顯示，磁尾電流片在晨昏側(cè)(Y＞8RE)要比子夜區(qū)域(Y＞8RE)出現(xiàn)在更大的｜Z｜位置，這可能說(shuō)明磁尾電流片在晨昏側(cè)的變形更為嚴(yán)重。磁尾電流片拍動(dòng)事件與地磁指數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表明，電流拍動(dòng)可以發(fā)生在地磁活動(dòng)期，也可以發(fā)生在地磁平靜期，磁尾電流片拍動(dòng)發(fā)生條件并不與地磁活動(dòng)存在必然的聯(lián)系?！斑M(jìn)入/撤回”事件的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，這類(lèi)事件較