伴随磁场重联的多尺度结构研究

发布时间：2022-12-17 11:13

　　磁场重联是自然界和实验室等离子体中普遍存在的基本物理过程,能改变磁场的宏观拓扑结构,并快速地将磁能转化为等离子体动能与热能。在日地空间环境中,磁场重联会导致诸多爆发性的空间天气,如磁层亚暴、太阳耀斑等。磁场重联涉及到系统流体尺度到动理学尺度的耦合。它经常发生在等离子体内的多尺度结构中,同时也会产生丰富的多尺度结构,如重联扩散区、磁通量绳、偶极化锋面、磁洞和湍流等。这些多尺度结构是如何产生的?它们在磁场重联的发生和演化中起着什么样的作用?它们是否会影响磁场重联中能量的转化与耗散,磁通量与物质输运,或者重联率?这些都是很重要但目前尚未被完全解答的问题。地球磁层是研究无碰撞磁场重联的理想天然等离子体实验室。研究地球磁层中的磁场重联既有利于深入理解爆发性空间天气的物理机制,也有助于理解天体和实验室等离子体中磁能的快速释放机制。历史上有很多针对地球磁层的卫星探测计划。磁层多尺度（MMS）之前的卫星计划主要在流体和离子尺度对磁场重联进行研究,而MMS任务开启了在电子尺度研究磁场重联的新时代。在本博士论文中,我们主要使用MMS卫星的高精度探测数据,对伴随磁场重联的多尺度结构进行研究,揭示或证明了一系... 

【文章页数】：148 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 磁场重联
        1.1.1 磁场重联的定义
        1.1.2 磁场重联模型
    1.2 多尺度结构
        1.2.1 重联扩散区
        1.2.2 偶极化锋面
        1.2.3 磁通量绳
        1.2.4 动理学尺度磁洞
    1.3 日地空间环境中的磁场重联
第2章 MMS卫星计划、数据和分析方法
    2.1 MMS卫星计划
    2.2 MMS卫星仪器与数据
    2.3 空间坐标系
    2.4 卫星数据分析方法
        2.4.1 最小与最大变量分析法
        2.4.2 多卫星Timing分析
        2.4.3 Curlometer方法
    2.5 Particle-in-Cell(PIC)数值模拟
第3章 磁场重联产生的小尺度结构研究
    3.1 重联扩散区内亚离子尺度的磁通量绳
        3.1.1 MMS卫星观测
        3.1.2 PIC数值模拟
    3.2 重联扩散区内动理学尺度的磁洞
    3.3 延伸的电子扩散区
    3.4 总结和讨论
第4章 多尺度结构中的磁场重联研究
    4.1 磁通量绳边界上的三维电子磁场重联
    4.2 磁鞘湍流中的磁场重联
    4.3 总结和讨论
第5章 多尺度结构内的能量转化与粒子加速研究
    5.1 离子尺度磁通量绳内的电子加速
    5.2 偶极化锋面上的能量转化与耗散
    5.3 多X线重联扩散区内的哨声波与宽带静电波
    5.4 总结和讨论
第6章 总结与展望
致谢
参考文献
附录 A:偶极化锋面事件列表
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Observation of directional change of core field inside flux ropes within one reconnection diffusion region in the Earth’s magnetotail[J]. Shiyong Huang,Ye Pang,Zhigang Yuan,Xiaohua Deng,Jiansen He,Meng Zhou,Huishan Fu,Song Fu,Huimin Li,Dedong Wang,Haimeng Li.  Chinese Science Bulletin. 2014(34)



本文编号：3719829