【摘要】：本論文基于多衛(wèi)星探測方法首先對(duì)2015年9月1日的超低頻波動(dòng)事件進(jìn)行了觀測研究,之后又對(duì)2016年1月25日和2月22日的兩個(gè)超低頻波動(dòng)事件進(jìn)行多事例研究,論文分為四大部分。第一部分為引言,首先介紹了磁層的基本結(jié)構(gòu),然后介紹了磁層中的超低頻波動(dòng),包括超低頻波的來源及分類、徑向波模與環(huán)向波模的區(qū)別以及激發(fā)波動(dòng)的內(nèi)部源和外部源,然后又介紹了該領(lǐng)域的研究歷史與現(xiàn)狀,接著又介紹了MMS、RBSP、THEMIS的衛(wèi)星計(jì)劃,最后為本論文的章節(jié)安排。第二部分為具體的觀測事件的分析研究。這部分首先展示了RBSP、MMS、THEMIS、GOES衛(wèi)星的觀測概況,多顆衛(wèi)星都在2015年8月31日的23:00 UT到9月1日的18:00 UT之間觀測到了超低頻波動(dòng)的信號(hào)。然后介紹了這些衛(wèi)星觀測到的波動(dòng)在空間的分布情況,在8月31日的23:00 UT到9月1日的02:30 UT之間,RBSP-B、THEMIS-A、GOES-13初次觀測到的波的分布是全球性的,在9月1日的06:00 UT到18:00 UT之間,RBSP和MMS-1又觀測到的波的分布轉(zhuǎn)變?yōu)榫窒拊谟邢薜腖和MLT的范圍內(nèi)。這部分最后介紹了該超低頻波動(dòng)的性質(zhì),包括偏振特性、諧波模式以及波數(shù)的大小。在波動(dòng)發(fā)生期間,該波動(dòng)的偏振態(tài)隨著時(shí)間發(fā)生變化,隨著比值|Ba|/|Br|從最初的0.82減小到最后的0.13,該波動(dòng)由最初的混合波變成了最后的較純的徑向超低頻波。通過MMS-1的磁場(Br)和電場(Ea)的時(shí)間序列的相位差,確定該事件為二次徑向諧波。通過對(duì)MMS的三顆衛(wèi)星的波形采用timing分析的方法確定該波動(dòng)事件的方位角波數(shù)為-232。第三部分研究了激發(fā)波動(dòng)的自由能。激發(fā)波動(dòng)的自由能不僅可以由bump-on-tail的離子分布提供也可以由向地的等離子體徑向密度梯度提供。通過比較_(?W)~(?1))|_,和_(dW?L)~(dL?1))|_(,(2)的絕對(duì)值大小來研究究竟是哪種機(jī)制起作用或者說究竟是哪種機(jī)制起主導(dǎo)作用。在RBSP連續(xù)觀測數(shù)據(jù)的四軌中有三軌的數(shù)據(jù)都表明向地的等離子體徑向密度梯度對(duì)波動(dòng)的激發(fā)起主導(dǎo)作用。等離子體徑向密度梯度的值有時(shí)為正有時(shí)為負(fù),而負(fù)的等離子體徑向密度梯度提供了激發(fā)波動(dòng)所需要的自由能,正的等離子體徑向密度梯度會(huì)抵消由bump-on-tail的離子分布(_(?W)~(?1))|_,0)提供的自由能。第四部分又利用RBSP和MMS的聯(lián)合觀測研究了2016年1月25日和2月22日的兩個(gè)超低頻波動(dòng)事件。這兩個(gè)事件都發(fā)生在磁暴的恢復(fù)相后期,波動(dòng)分布在晨側(cè)和正午之間的區(qū)域。RBSP觀測到的兩次波動(dòng)都發(fā)生在低L-shell(4.7-5.8),MMS觀測到的兩次波動(dòng)都發(fā)生在高L-shell(8.0-14.2)。在高L-shell,超低頻波偏振以環(huán)向波為主,沿磁力線方向?yàn)榛l諧波。在低L-shell,超低頻波偏振以徑向波為主,沿磁力線方向?yàn)槎沃C波。本文利用多衛(wèi)星聯(lián)合觀測深入研究波動(dòng)的激發(fā)機(jī)制,研究結(jié)果對(duì)我們理解超低頻波的產(chǎn)生與傳播以及超低頻波動(dòng)對(duì)輻射帶和環(huán)電流動(dòng)力學(xué)的影響具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P318.6
【圖文】：

圖 1-1 磁層結(jié)構(gòu)示意圖（https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetosphere）地球的等離子體層是地球磁層的一個(gè)區(qū)域，由低能的冷等離子體組成，它位于電離層之上。等離子體層的外邊界稱為等離子體層頂（Plasmapause），等離子體層頂處等離子體的密度發(fā)生突變。Don Carpenter 于 1963 年通過對(duì) VLF 哨聲波數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)了等離子體層。傳統(tǒng)地說，等離子體層被認(rèn)為是一種行為良好的冷等離子體，其粒子運(yùn)動(dòng)完全由地磁場控制，因此會(huì)與地球共轉(zhuǎn)。2014 年，

則脈動(dòng) Pc 的五個(gè)子類分別為 Pc1、Pc2……Pc5，不規(guī)則脈動(dòng) 為 Pi1 和 Pi2。然而，某個(gè)特定頻段的地磁脈動(dòng)也有可能呈現(xiàn)向波模（Poloidal mode）與環(huán)向波模(Toroidal mode)偶極子的場線就像振動(dòng)弦，磁力線的兩端被凍結(jié)在導(dǎo)電的電離是磁力線可以彎曲。 偶極子磁力線有兩種主要的振蕩模式，在方位角方向有位移并產(chǎn)生方位角方向的磁擾動(dòng)，如圖 1.2 的向模式是磁力線在徑向方向有位移并產(chǎn)生徑向方向的磁擾動(dòng)，板所示。任何一種模式都可能以不同的諧波振蕩。圖 1.2 的第諧波，磁力線兩端之間包含奇數(shù)個(gè)（圖中為 1 個(gè)）半波長。圖的是二次諧波，磁力線兩端之間包含偶數(shù)個(gè)（圖中為 2 個(gè)）半激勵(lì)場線的情況下，許多不同的諧波可能會(huì)同時(shí)被激發(fā)。

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本文編號(hào)：2731427