论文部分内容阅读
亚暴研究已经持续了近半个世纪,然而至今该领域仍然存在着诸多争议。这些争议主要有:
(1)亚暴及其相关现象的定义含糊混乱。
(2)亚暴是磁层自发过程还是外部触发的?
(3)亚暴的初始触发位置在哪里?
(4)中磁尾磁重联是不是亚暴的必要过程?
(5)什么过程直接触发了亚暴,它是怎样被触发的?
(6)亚暴过程中能量的输运和释放方式是什么?
本文利用中国双星之TC-1和欧空局Cluster卫星簇在近磁尾和中磁尾的观测数据,尝试对上述争议问题进行探讨。
首先,针对上述争议的2)、4)和6),本文利用Cluster的观测数据研究了亚暴与中磁尾重联的关系。研究发现,在行星际磁场持续南向或持续南向后南转北的情况下,磁尾可以观测到尾瓣重联过程,特征现象为低温低密的空泡现象、对流性高速流、等离子体加热、尾瓣磁通量突减等,但卫星穿越尾瓣重联的不同区域,可能观测到不同的特征;最终能够发展成为尾瓣重联的磁重联事件总伴随着亚暴的暴发;时序关系分析可知,等离子体片内重联通常早于膨胀相突始,而尾瓣重联则晚于亚暴突始,它为亚暴的持续发展供给大量的能量,它通常能够引起亚暴的更强烈的发展;另外,数据显示,仅仅等离子体片内的重联不一定能够引起亚暴的全面爆发。因此,至少在本文所研究的这类事件中,中磁尾磁重联是引起亚暴的根本原因。
本文利用TC-1卫星2004年7-10月份的数据,区分了近地磁尾磁场偶极化和磁场堆积过程,本文尝试对上述争议的1)、2)、3)和5)进行探索。研究发现,亚暴期间磁场堆积过程和磁场偶极化是两个完全不同的物理过程,它们具有不同的观测特征、不同的时间尺度、不同的分布特性和传播特性、不同的源区以及不同的产生机制;堆积所引起的磁场压缩通常发生在极光亚暴前的1-3分钟内,磁场堆积及其对内磁层的压缩可能为亚暴的暴发创造了必要的条件;虽然在本文所研究的事件中TC-1并没有观测到真正的亚暴电流中断区域,但根据事件统计,可以反演出亚暴的初始触发区在11R<,E>之内,而不是最新的近地中性线模型所预言的在磁尾13-15R<,E>;亚暴触发后,偶极化区域向磁尾传播,其速度约为36km/s,故TC-1处观测到的磁场偶极化是亚暴暴发的后续效果。磁场堆积区域与亚暴触发区域的分离表明,内磁层中有不同于磁场堆积的其他过程触发了亚暴,这与亚暴全球协同模型所预测的一致。磁场偶极化过程中,伴随着磁场位形的显著改变,等离子体片随之膨胀。本文利用TC-1的观测数据,研究了偶极化区域磁场和等离子体的运动模式。研究发现,偶极化过程中,等离子体片较高纬度区域的等离子体携带磁场向更高纬和磁尾运动;而中性片附近区域,等离子体和磁场主要向内磁层和低纬区域运动。由此推断出偶极化区域可能的电场分布,并指出偶极化区域的感应电场可能是磁场堆积区磁能再次释放的必要手段。
自此,本文描述出能量在磁尾脉冲式的传输过程:增长相期间,能量存储在尾瓣区;远地重联将磁能释放到中磁尾;中磁尾重联再次释放闭合磁力线甚至开磁力线所存储的能量,并以闭合磁力线的形式在近磁尾堆积;偶极化过程最终释放磁场堆积和压缩区域内所存储的磁能,形成亚暴。
本文第一章为本文引言,详细介绍亚暴的研究现状及存在问题;第二章介绍本文用到的数据和对其基本的处理方法:第三章介绍尾瓣重联的观测及其与亚暴的关系;第四章区分磁场堆积和偶极化;第五章利用偶极化区域等离子体的流动特征分析了该区域磁场位形的变化过程,并推测出可能的电场分布;最后对全文内容作必要的总结。