基于THEMIS卫星数据对准垂直弓激波和磁鞘的观测研究

摘要

本文主要利用最近发射的THEMIS卫星数据，重点结合弓激波附近的离子速度分布函数，采用个例研究、对比分析的方法，就几次不同条件下的准垂直弓激波穿越事件，分别对准垂直弓激波和磁鞘的结构性质及其离子分布情况进行了详细分析（除特别说明外，本文中的弓激波指的都是准垂直弓激波）。主要有以下两个方面的工作:
　　 1、在2007年10月25日14:00UT的弓激波穿越事件中，经过对弓激波磁场数据和弓激波上游Alfven马赫数(Ma)等条件的分析，我们认为在此次事件中弓激波发生了重构现象。此外，我们对弓激波附近的离子分布情况进行了分析，发现在弓激波ramp中同时有回旋离子和场向回流离子的存在，这和过去的观测结果很一致，也再次证明两种离子可能有着相同的源区。同时观测还表明，磁鞘中的场向回流离子很可能是弓激波上游太阳风中场向回流离子的主要来源。基于以上的观测我们认为，在较高的beta值和Alfven马赫数的背景条件下，弓激波上游太阳风中的场向回流离子是在两种模型的共同作用下产生的。
　　 2、重点分析了2008年10月12日的复杂弓激波穿越事件，并与2008年9月28日的一般事件进行了对比。结果发现，在2008年10月12日事件中，位于弓激波与磁鞘之间有一具有独特结构的磁鞘压缩层。而且经过分析后我们认为，2007年10月25日12时左右P2卫星观测到的异常结构（其结构特征与热流异常非常相似）可能是卫星穿越磁鞘压缩层所致。其特征如下:(1)磁鞘压缩层位于磁鞘和弓激波之间，是磁鞘结构的一部分，但与一般的磁鞘结构又有较大差异。其形成可能与较高的太阳风Alfven马赫数和等离子体beta值及南向的行星际磁场(Bz＜0)有关。(2)在压缩层内，磁场和离子数密度显著升高，甚至有时比磁鞘的还要高。(3)压缩层中等离子体的流速明显下降，特别是在X轴方向上，并且在方向上有一定程度的偏转。(4)对温度而言，磁鞘压缩层内离子温度明显比磁鞘中的要低。(5)离子速度分布函数表明，与磁鞘相比，磁鞘压缩层内的投掷角散射作用并不充分，离子分布还相对较为集中，各向异性程度比较强。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 太阳风

1．1．1 太阳风概述

1．1．2 行星际激波

1．2 地球弓激波

1．2．1 弓激波简介

1．2．2 准垂直弓激波的结构

1．2．3 激波法向及θBn的计算

1．3 弓激波上游的离子分布及离子前兆区

1．4 场向回流离子的研究进展

1．5 热流异常

1．5．1 基本特征

1．5．2 产生机制

1．6 磁鞘

1．7 本文的研究内容和意义

第二章 准垂直弓激波的重构现象与场向回流离子的观测

2．1 准垂直弓激波的结构

2．2 激波重构

2．2．1 Alfven马赫数

2．2．2 卫星和弓激波的相对穿越速度

2．2．3 离子回旋频率的影响

2．2．4 离子分布情况

2．3 对场向回流离子的观测

2．3．1 观测结果

2．3．2 对场向回流离子起源的重新探讨

2．4 本章小结

第三章 弓激波与磁鞘压缩层

3．1 简单的弓激波穿越

3．1．1 观测现象与离子分布

3．1．2 讨论与小结

3．2 复杂的弓激波穿越

3．2．1 事件分析

3．2．2 讨论与总结

3．3 2007年10月25日P2卫星观测到的异常结构

3．3．1 观测现象

3．3．2 观测现象与热流异常的差异

3．3．3 离子分布情况

3．3．4 讨论

3．4 本章小结

第四章，总结与展望

参考文献

致谢

硕士期间的研究成果

学位论文评阅及答辩情况表