發(fā)布時(shí)間：2019-10-08 15:01

【摘要】：等離子體是一種多粒子的系統(tǒng),不同粒子之間的參數(shù)有很大差別,存在著多個(gè)時(shí)間與空間尺度,因此我們往往需要使用不同的物理模型,描述和解釋不同尺度的磁結(jié)構(gòu)。早先受限于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的精度,人們研究的主要是大尺度,即磁流體力學(xué)(MHD,magnetohydrodynamics)尺度的磁結(jié)構(gòu),而對(duì)于小尺度,即動(dòng)理學(xué)(kinetic)尺度的磁結(jié)構(gòu)則研究甚少。同時(shí),早先大尺度的磁結(jié)構(gòu)的研究也存在著諸多未解決問(wèn)題。因此,本文將對(duì)近地空間中不同尺度的磁結(jié)構(gòu)(磁洞、磁峰、熱流異常等)的特性及其產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行研究。在工作一(第三章)中,我們利用Cluster衛(wèi)星的數(shù)據(jù),通過(guò)使用多種多點(diǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析方法,包括:Timing、最小方向?qū)?shù)分析(MDD)及時(shí)空差分(STD)方法,得到了磁尾等離子體片內(nèi)小尺度磁洞在背景等離子體流中的傳播速度。此外,基于電子磁流體力學(xué)理論,我們計(jì)算了一維電子孤波的傳播速度、尺度與振幅,并將其與小尺度磁洞進(jìn)行了比較。結(jié)果表明理論上的電子孤波與觀測(cè)上的小尺度磁洞符合得很好。在工作二(第四章)中,我們利用MMS衛(wèi)星高精度的數(shù)據(jù),在地球磁鞘中發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)小尺度磁洞,其空間和時(shí)間尺度分別在10-20電子回旋半徑(ρe)和0.1-0.3秒之間。這類(lèi)結(jié)構(gòu)具有豐富的電子變化特征,但不具有明顯的離子變化特征。研究表明,90°投擲角的電子通量在能量為34-66eV之間降低,在109-1024eV之間增加。在垂直于磁場(chǎng)的方向上,電子流動(dòng)具有渦旋的特點(diǎn),這與磁洞磁場(chǎng)的降低是自洽的。此外,通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)電流密度主要是由電子的抗磁漂移提供的,即電子渦旋流動(dòng)是電子的抗磁漂移運(yùn)動(dòng)。電子磁流體力學(xué)下的二維孤立子理論可以用來(lái)描述這類(lèi)渦旋。利用單粒子模擬,我們對(duì)磁洞內(nèi)電子加速現(xiàn)象進(jìn)行了模擬,結(jié)果與觀測(cè)大體符合。在工作三(第五章)中,我們利用MMS衛(wèi)星的數(shù)據(jù),在地球磁鞘邊界層中發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)小尺度磁通繩結(jié)構(gòu)。這類(lèi)磁通繩的尺度接近ρi,其軸向沿著背景磁場(chǎng)方向,并且沿磁力線方向的電流可能由電子束流提供,垂直磁力線的電流可能部分由抗磁漂移提供。在工作四、五(第六、七章)中,我們使用了上述的多點(diǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析方法,分別計(jì)算了磁鞘中的大尺度磁洞結(jié)構(gòu)、地球弓激波附近的熱流異常結(jié)構(gòu)的傳播速度,發(fā)現(xiàn)磁鞘的大尺度磁洞中有少部分具有傳播、收縮和膨脹的特點(diǎn),并且首次觀測(cè)到了磁鏡清晰的電子投擲角分布特征。熱流異常結(jié)構(gòu)的傳播速度與快磁聲波孤立子相似,結(jié)合等離子體特征,我們推斷其可能具有磁流體力學(xué)條件下快磁聲波孤立子的特點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：P353

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本文編號(hào)：2546351