反转磁场处粒子运动分析

本文用解析方法分析了反转磁场位形中反转力线处粒子运动以及引导中心性质,从哈密顿函数出发,讨论了粒子在准势场中的束缚运动的特征以及x-px相空间上的周期性质;给出了引导中心坐标、绝热不变量、运动频率和漂移速度等物理量的表达式,从而描写了粒子二维运动图象。该工作为不稳定性理论和非线性动力学理论的进一步研究打下基础。     

辐射带粒子强度的转换

卫星测量发现,在地球高空,许多高能带电粒子被捕获在地磁场中,形成内、外两个辐射带。内、外辐射带中心距离地面分别为3000和20000公里。人造地球卫星和宇宙飞船穿过辐射带时,人和仪器都会受到粒子的损害。研究辐射带粒子强度分布是空间物理学一项重要内容。     

关于磁重联区三维磁零点的卫星观测研究

磁重联是等离子体中磁场能量快速转换为粒子动能和热能的主要途径,是空间物理和等离子体物理中的重要现象.磁重联过程发生在磁场的拓扑分形面上;这种分形面一般是由磁零点附近磁场梯度张量的本征矢量确定的.磁零点的三维特性要求至少空间4点的同时测量.Cluster计划提供了迄今为止唯一的卫星测量手段.基于Poincare指数方法分析Cluster卫星在地球磁尾的探测数据,(1) 找到了磁重联过程中存在4种磁零点的证据;(2) 发现磁零点周围磁场的空间特征尺度大约为离子惯性长度,从而首次揭示霍尔效应可能在三维磁重联中起重要作用;(3) 在重联区找到匹配的磁零点对,并计算出零点连线的长度,确定了所产生的磁场的拓扑分形面;(4) 发现在零点连线附近存在低杂波频率的电磁振荡,这为磁重联过程中可能的电子加速、加热机制提供了观测基础.     

磁尾中性片处一种反常电阻机制

本文在平板模型近似下探讨了磁尾中性片非绝热离子逆磁漂移不稳定性及其反常电阻。该不稳定性是由非绝热离子逆磁漂移激发的,非绝热离子的轨道漂移共振大大增强了不稳定性强度。相应的反常电阻率为10⁴(Q·m)量级,与触发磁尾磁场重联所需电阻值相近。     

辐射带粒子强度的转换

卫星测量发现,在地球高空,许多高能带电粒子被捕获在地磁场中,形成内、外两个辐射带。内、外辐射带中心距离地面分别为3000和 20000公里。人造地球卫星和宇宙飞船穿过辐射带时,人和仪器都会受到粒子的损害。研究辐射带粒子强度分布是空间物理学一项重要内容。 辐射带粒子强度分布可以用单向强度和全向强度两种概念描述。在为空间飞行提供环境参数时需用全向强度;在辐射带理论研究中用单向强度较为方便。实际工作里往往要求进行单向强度和全向强度之间的互相转换。本项科研训练就是按有关部门的实际需要进行的,着重研究内辐射带粒子强度的转…     

无碰撞空间等离子体中的Kelvin-Helmholtz不稳定性

本文将无碰撞等离子体的宏观方程和带电粒子的引导中心近似相结合,发展了一种漂移动力学(DK)方法,导出了无碰撞等离子体低频MHD波的色散万程,进而研究了由宏观速度跃变引起的K-H不稳定性。计算表明,在无碰撞等离子体中温度各自异性对K-H不稳定性的激发有重要的影响;波-粒子作用可加热等离子体,降低增长率,但不能使不稳定性窒息。此外还比较了DK近似和传统的MHD近似下K-H不稳定波的特性。     

速度梯度驱动的动力学Alfvén波不稳定性及其反常输运效应

本文提出了等离子体宏观速度梯度是激发动力学Alfvén波的有效机制。导出了相应的色散关系,研究了波的特性,并讨论了准线性扩散效应。计算表明,在地球磁层顶附近,当扰动磁场为10^-5Gs时,垂直扩散系数可达10⁹m²/s。从而第一次从理论上论证了磁层边界区的等离子体波足以产生维持准定常的磁层对流所需要的反常输运效应。     

Alfvén脉动的波动——串级理论

本文提出了一个新的关于Alfvén脉动的理论模式。假设脉动处于一种不对称的MHD湍流状态,这时主要的脉动能量分布在向外传播的具有不同波矢的Alfvén模式中,但是存在着小振幅的向内传播的Alfvén模式。 相反方向传播的两个模式之间存在着弱的非线性相互作用,它将导致能量向高频串级传输。这一串级过程和脉动与太阳风流的相互作用这两者,决定脉动能谱的径向发展。本文由行星际介质服从的磁流体力学方程组出发,导出了不可压缩小尺度脉动的控制方程,脉动的相关矩方程,最后得到能谱方程和它的解析解。应用Helios观测到的太阳风参数值,对0.3—0.9AU计算了能谱的径向变化,计算结果与Helios观测得到的谱的径向变化相符。     

磁层顶涡旋诱发撕裂模不稳定性的二维MHD数值模拟研究——饱和后长时间渐近状态

用二维磁流体力学数值模拟方法,研究了磁层顶边界区剪切流涡旋诱发撕裂模不稳定性饱和后的准定常渐近状态。该渐近态由大尺度涡旋及同心磁岛组成,磁涡旋管与涡管重合。管内流线、磁力线和等涡度线接近互相平行,等离子体密度和电流密度近似为常数。管内磁场的法向分量显示出双极特征。这一特征及管内外密度变化均与卫星对FTE的观测特征相符。磁涡旋管的直径¹R_E,也与观测一致。     

低频天波大气折射效应

证明了当地面大元传播距离、反射高度相同时,线性大气弯曲射线和“等效地球”上空直射线之间几何长度并不相等。探讨了目前低频天波折射修正中存在的问题。用指数大气模式计算了一跳天波的折射效应。