土星磁层等离子体径向输运的数值模拟

摘要

本文建立了一个包含离心力效应的自洽稳态土星磁层模型,并且用等离子体细丝模型对土星磁层等离子体径向输运进行了数值模拟.模拟结果表明,Dione(土卫四)附近的等离子体可能因为发生离心交换不稳定性(Centrifugal Interchange Instability)而被输运到离土星更远的地方.这种输运现象的发生是由离心力主导的,等离子体的黏滞效应和能量转移对输运过程的影响非常小(几乎可以忽略不计),但土星电离层电导率对输运过程有重要影响,电导率越低,径向输运过程越快,反之,高电导率在一定程度上会阻碍输运的进行.在土星电离层电导率σ=2 S时,Dione(距离土星6.3Rs,Rs为土星半径)附近的等离子体在5.52个小时中被输运到距离土星10Rs的地方.本文的模拟结果还表明,密度受到扰动的等离子体是不稳定的,如果洛仑兹力和等离子体热压强梯度不能与离心力平衡,径向输运就会发生.密度大的等离子体在向外输运过程中会绝热膨胀而温度降低,密度小的等离子体则在注入磁层过程中因为绝热压缩而温度升高.