行星际等离子体湍流观测研究

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行星际空间是研究等离子体湍流的良好实验室。太阳风等离子体和行星际日冕物质抛射(ICME)中的等离子体条件不同,提供了研究等离子体弱湍流(δB/B≥1)和强湍流(δB/B<<1)的各种观测事例。本文基于Cluster卫星4点观测,对分别δB/B=0.02,0.1,1等三种情况的等离子体湍流进行了个例分析,得到以下结果:  (1)用多卫星观测得到了波数空间的功率谱(波数功率谱),与用泰勒假设得到的频率空间的功率谱(频率功率谱)可以存在显著差别。对于δB/B<<1的强湍流,虽然传统的频率功率谱幂指数有-5/3,-3/2等各种情况,但波数功率谱的观测结果均与GS95模型较好;  (2)直接得到了等离子体湍流的四维(频率和波数)功率谱。通过多普勒频移并积分,我们得到了各向异性的波数空间功率谱E(k⊥)~k⊥1.73和E(k1)~k1-1.91,及尺度关系k1~k⊥0.70。这些结果很好地吻合了GS95模型的理论预言的E(k⊥)~k⊥-5/3和E(k⊥)~k1-2,以及k1~k⊥2/3。E(k⊥),E(k1)与EδB⊥(f),EδB1(f)的显著差异表明,平行波数k1(垂直波数k⊥)对垂直(平行)背景磁场B0的磁场扰动的影响很可能不能忽略。  (3)针对前人认为磁云中的阿尔芬脉动在不到1AU的距离内会很快的耗散掉,本次研究给出了个反例。且所观测到的磁云中阿尔芬脉动是首次1AU附近的观测;从磁云中的阿尔芬脉动有可能推测对应的CME的触发机制。  (4)在离子回旋尺度附近,波数功率谱显示了~ k⊥-2.71和~k1-2.26的行为,其幂率大小也在些亚离子回旋尺度等离子体湍流理论所预言范围内。以上结论都只是基于个例分析得到的初步观测结果。尚需进一步通过统计分析等系统研究,才能为等离子体湍流和高速太阳风的加热加速问题提供翔实的观测基础。
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