空间磁层与磁层亚暴研究综述.docx
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1、 空间磁层与磁层亚暴研究综述 孙福玉摘 要磁层是天体周围被空间等离子体包围并受天体磁场控制的区域。磁层亚暴是磁层的高纬地区夜半侧和磁尾的强烈扰动。本文从近年来磁层物理学的主要进展入手,研究空间磁层和磁层亚暴,并从定性和定量方面系统的探讨了空间磁层的研究手段和磁层亚暴的几种产生机制。总结出最佳科研手段和理论,并对我国磁层物理学的发展提出若干建议。关键词日地系统扰动;行星际扰动结构;太阳风涨落;MHD数值模拟: P353: ADOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2020.03.0920 前言空间物理学主要研究太阳系中的物理现象与规律,研究空间环境以及它对人类空间活动和地球生
2、态环境的影响。随着全球科学技术的发展,人们利用火箭、卫星等升空工具探测高空磁场、高能粒子、等离子体等,这是磁层物理学形成和发展的基础。磁层是天体周围被空间等离子体包围并受天体磁场控制的区域。也就是说如果行星在内部产生一个显著的磁场,那么它就有磁层。所以对于磁层的研究一般可分为两个方向,地球磁层和行星磁层。地球具有很强的磁场。当太阳产生的太阳风到地球附近的磁场空间时,与地球南北极产生的磁场作用,由于强作用把地球磁场包围在一个区域内,这个区域就叫作空间磁层。因此地球磁层可定义为地球被太阳风包围并受地球磁场控制的区域。一个行星,若它内部没有产生较大磁场,通过电流与太阳风等离子体相互作用,则会产生它的
3、导电电离层。磁层亚暴是磁层的高纬地区夜半侧和磁尾的强烈扰动。扰动区城包括整个磁尾、等离子体片及极光带附近的电离层,持续时间约12h。在外形復杂、材料性质不同的航天器表面上会出现不等量的电位。由于磁层亚暴效应电位差高达一定数值,产生表面放电,造成电介质击穿元器件烧毁,光学敏感面被污染,也可以以电磁脉冲的形式给航天器内外的电子元器件造成各种有害的干扰。1 日地系统扰动多层次综合研究在1997年章公亮等对日地系统扰动的多层次综合做了大量的研究。 分析了磁暴形态类型对行星际扰动的结构,包括激波、高密度结构、强磁场结构、高速流等的响应特征。讨论了磁暴主相形成、延迟和消隐,及初相形成的条件,说明了磁暴形态
4、类型对日地扰动组合结构响应的基本规律。验证了磁膨胀与热膨胀不同,磁膨胀是一种磁流体力学慢过程是由于新的磁通量出现所引起。根据其研究理论,太阳风必须是超磁声速的,即超阿尔文波速流才可以。近些年绝大多数的行星际观测是符合此理论预测的。而也有研究表明在行星际空间观测到低速太阳风中的亚阿尔文波速流的两个例子,用经典太阳风理论是行不通的。章公亮发现了1979年6月6日行星际强激波事件也出现亚阿尔文波速流,这是高速流中的亚阿尔文波速流的初次发现。章公亮等对磁暴发生机制及其对行星际条件响应过程的研究起了推动作用。2 磁层亚暴的机制隆辉、许乃怀、胡文瑞对太阳风动量的涨落对亚暴的影响做了大量的研究。通过无碰撞等
5、离子体动力学理论,推导证实了太阳风涨落所激发的快磁声波接近无消耗地传过磁尾,几乎全部消耗在等离子体片中。从而提出了太阳风涨落加热等离子体片从而产生磁层亚暴的机制。我们知道亚暴增长和膨胀期间的一个重要特征是等离子体片变薄,因此我国学者着重研究磁层亚暴期间等离子体片边界层的K-H不稳定性。刘振兴、丁大庆在给定流场和一定的假定条件下,分别对理想的和黏性的MHD方程进行求解,首次讨论了流场对等离子体片结构的影响。提出了亚暴处于增长相时,等离子体片变薄较显著;处在膨胀相时,一部分等离子体片仍继续变薄。刘振兴、丁大庆用二维MHD方法应用于磁层亚暴过程,很好地解释磁层亚暴期间等离子体片变薄和变厚等主要现象。
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