火星电离层电子浓度昼夜变化特性研究

发布时间：2020-06-03 01:21

【摘要】：本文利用MAVEN卫星Langmuir Probe and Waves(LPW)仪器的在轨电子浓度探测数据,研究了火星电离层电子浓度随太阳天顶角(Solar Zenith Angle,SZA)的变化以及昼夜电子浓度变化的异同.基于2014年至2017年期间MAVEN的电子浓度数据,我们发现:在200km以下,白天电离层电子浓度主要受光化学平衡控制,由于白天光电离过程使得昼夜电子浓度差异较大,此时电离层昼夜传输能影响到的最大范围约在SZA=110°;而在200km以上,白天电离层受输运过程控制,此时昼夜电子浓度差别较小,电离层昼夜间电子浓度变化较为缓慢.通过研究MAVEN在deep-dip(低高度深入探测)期间的电子浓度数据,我们发现火星磁场会显著影响夜间200km以下的电子浓度分布结构,强磁场中闭合磁力线对电子沉降过程的阻碍作用使得在夜间该区域的电子浓度小于相邻区域.同时,通过比较deep-dip期间昼夜电子浓度随高度的变化,发现夜间电子沉降作用的影响可能主要集中在160km以下.
【图文】：

ＺＡ的变化．左右图分别表示１２０～１４０ｋｍ和１４０～１６０ｋｍ高度范围的情况Ｆｉｇ．４Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆ（ａ，ｂ）ｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＳＺＡａｎｄｌａｔｉｔｕｄｅ，（ｃ，ｄ）ｚｏｎａｌｍｅａｎｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＳＺＡ，ａｎｄ（ｅ，ｆ）τａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＳＺＡ．Ｔｈｅｌｅｆｔａｎｄｒｉｇｈｔｐａｎｅｌｓｒｅｐｒｅｓｅｎｔ１２０～１４０ｋｍａｎｄ１４０～１６０ｋｍ图５不同高度范围内τ值的变化Ｆｉｇ．５ＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆτａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＳＺＡａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｌｔｉｔｕｄｅｓ说明在２００ｋｍ以下的电子浓度下降速率要明显高于２００ｋｍ以上．Ｗｉｔｈｅｒｓ（２００９）中提到火星白天电离层Ｍ２层，在约２００ｋｍ以下，光化学时间尺度（ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌｔｉｍｅｓｃａｌｅ）小于扩散时间常数（ｄｉｆｆｕｓｉｖｅｔｉｍｅｃｏｎｓｔａｎｔ），并且随着高度的增加光化学时间尺度呈指数增长，扩散时间常数呈指数减小，，到约２００ｋｍ以上扩散时间常数小于光化学时间尺度，输运过程开始对电离层结构起主导作用．所以在白天光化学过程控制的区域的电子浓度远大于扩散平衡区域的电子浓度：在峰值高度以上到２００ｋｍ左右的范围，电子浓度随高度的增加而呈指数下降．而在夜间没有光照的影响，电子沉降对电子浓度的大小起主导作用，电子浓度远小于白天的电子浓度．从图５中τ的最大值随高度增加而减小可以看出：随着高度的增加

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本文编号：2694072