等离子体片离子与太阳风及地磁活动关联研究

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位于地球磁层夜侧的等离子体片是地球空间巨大的能量和粒子的储存库,其中的物理现象丰富而复杂。太阳风的驱动和磁层的内部结构是影响等离子体片物理过程的两大因素。本文利用Cluster卫星穿越磁尾等离子体片期间CIS、RAPID观测仪器的观测数据以及NASA提供的太阳风OMNI数据,分别从太阳风.等离子体片关联和磁暴时期的等离子体片离子这两个角度,统计研究了等离子体片中离子成分的变化并探讨了这些变化发生的原因,以期进一步理解相关的磁层物理问题。   统计结果表明,在地磁平静期,即时太阳风密度、动压和行星际电场对等离子体片中的H+离子(0-40keV)、O+离子(0-40keV)的数密度没有直接影响。而在地磁活动期,太阳风密度、动压和行星际电场等均与等离子体片中H+、O+的数密度存在一定相关性。统计数据表明地磁活动期间等离子体片中的H+离子对北向IMF Bz较为敏感,而南向Bz条件下更有利于太阳风参数对等离子体片中O+数密度的影响。   尽管地磁活动的能量绝大多数来自太阳风,但是地磁活动在很大程度上也同时反映了磁层自身的结构和性质。极区电离层被认为是等离子体片粒子的主要来源之一,而环电流则是近地等离子体片粒子的主要去向之一。分析了磁暴期间以及磁暴之前的平静期的Dst指数的变化和对应时刻等离子体片中H+、O+离子数密度之间的关系。统计结果发现在CIS/CODIF的能量范围(0-40keV),H+离子和O+离子的行为差异很大。在磁暴开始之前的短暂时间内,等离子体片中积聚了大量的H+离子,随后迅速地降低,在整个磁暴主相和恢复相期间都保持在相对较低的含量。而磁暴刚开始以及之前的平静期,O+离子含量都保持在低位,通常小于0.05 cm-3。进入磁暴主相之后,随着Dst的下降,O+离子数密度逐渐增加,在Dst极小值附近,O+含量达到了峰值。我们推测,在磁暴主相早期,等离子体片中的H+离子大量注入环电流,而在磁暴后期,O+才可能扮演着相对重要的角色。RAPID观测到的具有较高能量的H+和O+行为上比较类似,都在磁暴主相发展到一定阶段达到峰值,而在磁暴极大之前回落到较低的含量上。
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