【摘要】： 本文在充分調(diào)研當(dāng)前火星空間模擬以及其空間環(huán)境的探測結(jié)果的基礎(chǔ)上,借用火星空間模擬的單流體理想MHD模型,研究了火星空間磁場結(jié)構(gòu)及火星表面局部磁異常對磁場結(jié)構(gòu)的影響;采用單粒子軌道理論模擬計(jì)算了在火星背陽面太陽風(fēng)電子可以沉降至火星大氣深處以致產(chǎn)生電離層的區(qū)域;并利用電子撞擊電離中的能量流分析的方法模擬分析火星背陽面電離層中的峰值高度和電子密度。 太陽風(fēng)與火星相互作用的過程中,行星際磁場彎曲并向兩極移動且被拖拽變形,大部分磁力線從火星兩極繞過,通過火星之后在磁尾留下V字形結(jié)構(gòu)。火星表面附近局部磁異常也對火星磁場結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可忽視的影響。不同位置、強(qiáng)度的磁異常與太陽風(fēng)相互作用形成結(jié)構(gòu)、形態(tài)各異的微磁層。局部磁異常改變了近火磁場結(jié)構(gòu),并可能改變等離子體的分布。 行星際磁場通過火星之后在磁尾留下V字形結(jié)構(gòu)。太陽風(fēng)電子在等離子體中延磁力線運(yùn)動,并延V字形結(jié)構(gòu)磁場沉降到火星背陽面電離層高度并發(fā)生撞擊電離。沉降的區(qū)域?yàn)榛鹦浅炕杈�的背陽面一側(cè),兩處沉降區(qū)相當(dāng)狹小。這可能導(dǎo)致火星背陽面電離層并不穩(wěn)定,且范圍不大。 太陽風(fēng)電子隨磁力線沉降到火星背陽面表面,在130～500km高度范圍內(nèi)發(fā)生撞擊電離。在Phobos-2衛(wèi)星的探測數(shù)據(jù)作為入射流條件的情形下,電離峰值高度在170km左右,電離電子密度的峰值為3.4×103cm-3。同時(shí)也考察了電子能量和電子能流密度對電離峰值高度和電子密度的影響。模擬結(jié)果與Mars4/5、Viking衛(wèi)星掩星探測的結(jié)果基本相符。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：P185.3
【圖文】：

圖 1.1 火星的照片1.2 火星的探測歷史人類首次對火星進(jìn)行探測始于上個(gè)世紀(jì) 60 年代，歷經(jīng) 40 余年，一共進(jìn)行了40 余次嘗試，但三分之二以失敗告終。無論探測火星的出發(fā)點(diǎn)是尋找“火星生命”，還是出于政治目的，每一個(gè)成功發(fā)射火星探測器都給我們帶回了寶貴的火星探測數(shù)據(jù)，他們都是我們研究火星的重要依據(jù)：1964 年 11 月 28 日，美國的“水手 4”（Mariner 4）發(fā)射升空，1965 年 7 月成功飛臨火星，這是人類首次對火星探測的成功，探測器向人類發(fā)回了第一張火星表面圖片。1969 年 2 月 25 日，美國“水手 6”號探測器飛達(dá)火星，發(fā)回許多火星圖片。1969 年 3 月 27 日，美國“水手 7”號探測器升空，成功發(fā)回火星圖片。

圖 1.2 美國近期火星探測計(jì)劃.3 火星的空間環(huán)境特征隨著 Phobos-2 以及 MGS 衛(wèi)星的成功探測，我們對火星的空間環(huán)境了解越多。與眾多行星大不相同，火星全球性的固有磁場很小（火星表面的磁場強(qiáng)度 5nT）（Acuna，1998）。火星雖然沒有全球性磁場，但在火星南半球，MGS 發(fā)現(xiàn)了許多磁場強(qiáng)度大于 400nT 的磁場異常的區(qū)域（簡稱磁異常），甚至在星表面 100km 高度處發(fā)現(xiàn)高達(dá) 1600nT 的磁場強(qiáng)度，400km 高處可達(dá) 200Brain，2003）。這種磁異�，F(xiàn)象有可能是火星原有的磁場退化后，埋藏在火殼內(nèi)的金屬礦藏的巨大剩磁造成的。但不管怎樣，這種復(fù)雜的磁場結(jié)構(gòu)對火層的全球結(jié)構(gòu)及其火星空間的動力學(xué)過程帶來了很大的影響。

在激波和電離層之間的區(qū)域，即為磁鞘。源自火星的重離子與磁鞘內(nèi)減速后的太陽風(fēng)粒子相互作用，通過電磁場傳遞動量，又形成了一個(gè)特殊的邊界，即磁堆積區(qū)邊界（MPB）。根據(jù)目前的了解，處在太陽風(fēng)中的火星，與地球不同，他的空間環(huán)境大致分為：弓激波、磁鞘、磁堆積區(qū)及其邊界（MPR、MPB）、電離層和磁尾等五個(gè)區(qū)域。他們的位置相互關(guān)系，大致如圖 1.3 所示。圖中最外層的邊界為火星的弓激波（Bow shock），弓激波之內(nèi)是磁鞘區(qū)（Magnetosheath），磁鞘區(qū)與磁堆積區(qū)（Magnetic Pileup Region）之間的邊界叫做磁堆積區(qū)邊界（Magnetic PileupBoundary），再往內(nèi)是電離層頂，電離層，而火星后的尾部為火星的磁尾，磁尾當(dāng)中的叫做磁尾等離子體片（Plasmasheet）。

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2771245