磁场重联的结构及其磁能转换
发布时间：2021-02-04 21:22
磁场重联是空间等离子体中普遍存在的物理现象,同时也是实验室等离子体和模拟研究的重点。特殊的近地空间环境,为磁场重联的产生提供了良好的条件。卫星观测是研究磁场重联的重要方法,本文利用MMS卫星观测的高精度数据,研究了与磁场重联相关的哨声波,磁洞,以及扩散区的结构和能量耗散,同时研究了小尺度的磁场重联。通过分析,得到了一些重要的结果,具体如下:1.在磁层顶磁场重联中观测到的哨声波与磁洞利用MMS卫星在2015年11月12日观测的数据,分析了与磁场重联相关的物理过程。在观测中,磁场重联的分界线附近出现了哨声波。在磁层侧的哨声波,具有较高的发射频率（>0.5 fce）,较高的共振能量,同时坡印廷矢量表明波动沿着磁力线朝向X-line传播;反之,磁鞘侧观测到的哨声波的发射频率较低,共振能量较低,并且沿着磁力线反向传播,即远离X-line。虽然哨声波的性质有所不同,但是都与垂直方向电子通量的增加相关。哨声波与电子之间的强烈作用,可以影响等离子体的动力学过程。同时在远离X-line的下游区域,观测到了小尺度的磁洞。因为磁洞内部的电子温度增加,所以磁洞是加热电子的重要结构。该结构很少在近地空间的...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１磁场重联过程示意图（王水等，１９９９）??１．２．１?Ｓｗｅｅｔ－Ｐａｒｋｅｒ?模型??最简单的二维磁场重联由Ｓｗｅｅｔ?ｅｔ?ａｌ．，?（１９５８）提出，该模型利用ＭＨＤ理??论定量的描述磁场重联
惯性长的区域，质量很??小的电子与磁场解冻。电子的惯性长４?＝?ｃ／Ｗｐｅ，这个区域被称作电子扩散区。??电子的压力梯度项在该区域起主要作用。??！?：?：?！??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??？＜ｓ＞—？麻??＿?／?；＞?＇??？丁??＾?Ｉｏｎ?ｆｌｏｗ??ｃ／ｗ?＾??？？?？（ｇ）?＾?ｃ＾（ｔ，ｐｔ?？?—?＊？?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｆｌｏｗ??｜?丨?Ｉｏｎ?ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ??Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ??图１．４无碰撞磁场重联模型示意图（Ｂｉｒｎ?ｅｔ?ａｌ．，?２００７）??在离子扩散区，非冻结的离子可以跨越磁场线运动。可以证明离子速度％??在低于所谓的离子惯性长度或离子趋肤深度的尺度上接近零，因此在该区域离??子可以看作是带正点的背景。在这个区域，电子与磁场冻结并沿着磁力线流入??扩散区，在加速之后再沿着磁力线流出扩散区。由于离子和电子的分离运动，??在离子扩散区形成的电流称为Ｈａｌｌ电流系统。因为电流的影响，产生了垂直??于重联平面的磁常扩散区的不同区域电子的流向不同，因此面外磁场具有四??级结构，这个磁场称为Ｈａｌｌ磁常Ｈａｌｌ效应在无碰撞磁重联中有重要的作用。??Ｂｉｒｎ等在２００１年研宄了各种模拟方法得到的重联率，最终的结果显示，加入??Ｈａｌｌ效应的磁场重联可以得到相似的重联率，并且是快速磁场重联。因此，Ｈａｌｌ??效应与快速磁场重联有密切的相关性。如果面外方向沿着ｙ方向，根据安培定??律，面外方向的Ｈａｌｌ分量可以重写为：??（Ｊ?Ｘ?Ｂ）?＝?Ｂ?？?Ｂ从?（Ｉ?Ｋ）??ｅｎｅｃ?ｙ?Ａｎｅｎｅ??根据以上公式，面内电
ｎ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ?＼?；?ｆ?个?ｚ??Ｅ＋ｖｅｘＢ＝（）?；?ｘ???ｉ－－ｎ－…－丨卜；‘十—４）ｙ??Ｅ＾ｘＸ〇?７；?：?＾ｉｎｎ－???ｕ?ｕ?ｒ?—－／／?＾?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ??＇７?１?ｒ＼?＼?＼１?Ｅ；ｖｅｘＢ＾Ｏ??Ｐｏｌａｒ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ??／—／—Ｕ＼—＼——Ｗ?＞??＇Ｌｉ?｜?＼０＼＾Ｅ｜Ｉ??￣６ｃ／（〇ｐｉ?（６００?ｋｍ）?＾￣￣?ｍｔｎｆｍｕｍ??图１．５?Ｐｏｌａｒ卫星观测无碰撞磁重联示意图（Ｍｏｚｅｒ?ｅｔ?ａｌ．，?２００２）??子电流的方向，从而产生面外的四极常Ｈａｌｌ磁场是磁重联扩散区的重要特??征，在空间观测中，这一特征也得到了证实。在磁层顶，离子扩散区的尺度为??ｃ／ｗｐｊ?？?１００?ｋｍ。Ｍｏｚｅｒ?ｅｔ?ａｌ．，?（２００２）利用?ＰＯＬＡＲ?卫星的观测数据研宄了??无碰撞磁重联的特征。在电流片的分界线区域，观测到面外的Ｈａｌｌ磁常如图??１．５所示，Ｐｏｌａｒ卫星直接穿越了扩散区。根据磁场重联的结构特征，卫星一定??能够观测到沿ｚ方向的高速出流以及Ｚ方向的磁场反转；同时磁场分量Ｂｙ的??变化符合Ｈａｌｌ磁场的信号。详细的观测数据如图１．６所示。根据观测结果，重??联磁场氏的反转与Ｂｙ的符号转变基本一致，同时电场Ｅｊ；（图１．５中红色水??平箭头）由负值转为正值。这些结果符合磁场重联的特征，因此，Ｐｏｌａｒ卫星穿??越了磁层顶的离子扩散区。其中Ｂｙ的振幅约为４５ｎＴ，或者？０．５５ＢＸ（），Ｓｘｏ??是磁鞘一层的渐近磁常电流片法向方向的电场尽＾的最大值为３０?ｍＶ／ｍ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ultralow frequency wave characteristics extracted from particle data:Application of IGSO observations[J]. LI Li,ZHOU XuZhi,ZONG QiuGang,CHEN XingRan,ZOU Hong,REN Jie,HAO YiXin,ZHANG XianGuo. Science China（Technological Sciences）. 2017(03)
本文编号：3018958
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１磁场重联过程示意图（王水等，１９９９）??１．２．１?Ｓｗｅｅｔ－Ｐａｒｋｅｒ?模型??最简单的二维磁场重联由Ｓｗｅｅｔ?ｅｔ?ａｌ．，?（１９５８）提出，该模型利用ＭＨＤ理??论定量的描述磁场重联
惯性长的区域，质量很??小的电子与磁场解冻。电子的惯性长４?＝?ｃ／Ｗｐｅ，这个区域被称作电子扩散区。??电子的压力梯度项在该区域起主要作用。??！?：?：?！??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??？＜ｓ＞—？麻??＿?／?；＞?＇??？丁??＾?Ｉｏｎ?ｆｌｏｗ??ｃ／ｗ?＾??？？?？（ｇ）?＾?ｃ＾（ｔ，ｐｔ?？?—?＊？?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｆｌｏｗ??｜?丨?Ｉｏｎ?ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ??Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ??图１．４无碰撞磁场重联模型示意图（Ｂｉｒｎ?ｅｔ?ａｌ．，?２００７）??在离子扩散区，非冻结的离子可以跨越磁场线运动。可以证明离子速度％??在低于所谓的离子惯性长度或离子趋肤深度的尺度上接近零，因此在该区域离??子可以看作是带正点的背景。在这个区域，电子与磁场冻结并沿着磁力线流入??扩散区，在加速之后再沿着磁力线流出扩散区。由于离子和电子的分离运动，??在离子扩散区形成的电流称为Ｈａｌｌ电流系统。因为电流的影响，产生了垂直??于重联平面的磁常扩散区的不同区域电子的流向不同，因此面外磁场具有四??级结构，这个磁场称为Ｈａｌｌ磁常Ｈａｌｌ效应在无碰撞磁重联中有重要的作用。??Ｂｉｒｎ等在２００１年研宄了各种模拟方法得到的重联率，最终的结果显示，加入??Ｈａｌｌ效应的磁场重联可以得到相似的重联率，并且是快速磁场重联。因此，Ｈａｌｌ??效应与快速磁场重联有密切的相关性。如果面外方向沿着ｙ方向，根据安培定??律，面外方向的Ｈａｌｌ分量可以重写为：??（Ｊ?Ｘ?Ｂ）?＝?Ｂ?？?Ｂ从?（Ｉ?Ｋ）??ｅｎｅｃ?ｙ?Ａｎｅｎｅ??根据以上公式，面内电
ｎ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ?＼?；?ｆ?个?ｚ??Ｅ＋ｖｅｘＢ＝（）?；?ｘ???ｉ－－ｎ－…－丨卜；‘十—４）ｙ??Ｅ＾ｘＸ〇?７；?：?＾ｉｎｎ－???ｕ?ｕ?ｒ?—－／／?＾?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｒｅｇｉｏｎ??＇７?１?ｒ＼?＼?＼１?Ｅ；ｖｅｘＢ＾Ｏ??Ｐｏｌａｒ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ??／—／—Ｕ＼—＼——Ｗ?＞??＇Ｌｉ?｜?＼０＼＾Ｅ｜Ｉ??￣６ｃ／（〇ｐｉ?（６００?ｋｍ）?＾￣￣?ｍｔｎｆｍｕｍ??图１．５?Ｐｏｌａｒ卫星观测无碰撞磁重联示意图（Ｍｏｚｅｒ?ｅｔ?ａｌ．，?２００２）??子电流的方向，从而产生面外的四极常Ｈａｌｌ磁场是磁重联扩散区的重要特??征，在空间观测中，这一特征也得到了证实。在磁层顶，离子扩散区的尺度为??ｃ／ｗｐｊ?？?１００?ｋｍ。Ｍｏｚｅｒ?ｅｔ?ａｌ．，?（２００２）利用?ＰＯＬＡＲ?卫星的观测数据研宄了??无碰撞磁重联的特征。在电流片的分界线区域，观测到面外的Ｈａｌｌ磁常如图??１．５所示，Ｐｏｌａｒ卫星直接穿越了扩散区。根据磁场重联的结构特征，卫星一定??能够观测到沿ｚ方向的高速出流以及Ｚ方向的磁场反转；同时磁场分量Ｂｙ的??变化符合Ｈａｌｌ磁场的信号。详细的观测数据如图１．６所示。根据观测结果，重??联磁场氏的反转与Ｂｙ的符号转变基本一致，同时电场Ｅｊ；（图１．５中红色水??平箭头）由负值转为正值。这些结果符合磁场重联的特征，因此，Ｐｏｌａｒ卫星穿??越了磁层顶的离子扩散区。其中Ｂｙ的振幅约为４５ｎＴ，或者？０．５５ＢＸ（），Ｓｘｏ??是磁鞘一层的渐近磁常电流片法向方向的电场尽＾的最大值为３０?ｍＶ／ｍ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ultralow frequency wave characteristics extracted from particle data:Application of IGSO observations[J]. LI Li,ZHOU XuZhi,ZONG QiuGang,CHEN XingRan,ZOU Hong,REN Jie,HAO YiXin,ZHANG XianGuo. Science China（Technological Sciences）. 2017(03)
本文编号：3018958
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/3018958.html
