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、磁洞是一種磁場強度在短時間內(nèi)迅速降低的空間結(jié)構(gòu)。磁洞首先是在太陽風中被觀測到的，后來在行星磁鞘、彗尾、木衛(wèi)一附近以及地球磁層極尖區(qū)都有關(guān)于磁洞的報道。這些磁洞結(jié)構(gòu)的尺度大約在十幾個至幾十個背景質(zhì)子回旋半徑。對于在行星磁鞘中觀測到的磁洞，一般認為是由鏡像不穩(wěn)定性產(chǎn)生的。而對于在太陽風中觀測到的磁洞的產(chǎn)生機制目前還存在著爭議。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到了一系列的磁洞結(jié)構(gòu)。磁尾等離子體片磁洞是一類新發(fā)現(xiàn)的結(jié)

2、構(gòu)，因此我們需要對這類磁洞有更深入的了解，同時由于等離子體片磁洞與偶極化過程密切相關(guān)，對它的研究可能會對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的統(tǒng)計研究，有助于我們對電流片本身的特性及其與等離子體流的作用過程做進一步的認識。本論文使用Cluster和TC-1衛(wèi)星在磁尾等離子體片內(nèi)部觀測研究了一種小尺度的磁洞結(jié)構(gòu)，同時使用Cluster衛(wèi)星統(tǒng)計研究了大尺度的磁尾電流片的拍動特性，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，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引起的一種時間效應(yīng)。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，絕大部分磁洞背景磁場的Z分量大于X分量(93％)，比隨機挑選的等離子片穿越事件中磁場滿足Z分量大于X分量所占的比例(31.5％)高很多，因此這類磁洞與偶極化存在著密切的聯(lián)系。這類等離子體片內(nèi)觀測到的磁洞的尺度基本與質(zhì)子回旋半徑相當，并且伴隨著電子在9

4、0°投擲角的增強，這與前人的THEMIS觀測結(jié)果不同。我們的統(tǒng)計結(jié)果還顯示，這類磁洞發(fā)生在鏡像穩(wěn)定的等離子體環(huán)境下，所以這類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)果認為，這類磁洞是由發(fā)生在偶極化期間的某種電子不穩(wěn)定性產(chǎn)生的。
　　 對比Cluster和TC-1衛(wèi)星的觀測結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，TC-1衛(wèi)星觀測到的磁洞尺度相比Cluster要大一些,而且TC-1觀測到的磁洞磁場比值(磁洞內(nèi)部最小值和磁洞背景磁場值的比值)要比C

5、luster小，因此TC-1觀測到的磁洞似乎比Cluster觀測到的磁洞發(fā)展的更充分因為TC-1衛(wèi)星的軌道小于Cluster衛(wèi)星的軌道,而且統(tǒng)計結(jié)果顯示無論是Clustcr探測到的磁洞還是TC-1觀測到的磁洞，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，Cluster軌道處的磁洞隨著背景等離子體流傳播到TC-1軌道處，在這個過程中，磁洞得到了進一步的發(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結(jié)構(gòu)的特性，Cluster觀測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，這可能說明磁尾電流片在晨昏側(cè)的變形更為嚴重。磁尾電流片拍動事件與地磁指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系表明，電流拍動可以發(fā)生在地磁活動期，也可以發(fā)生在地磁平靜期，磁尾電流片拍動發(fā)生條件并不與地磁活動存在必然的聯(lián)系?！斑M入/撤回”事件的統(tǒng)計結(jié)果顯示，這類事件較