祝融号火星表面磁场探测仪的沿轨标定

作为中国首次火星探测计划“天问一号”任务的一部分,祝融号火星车于2021年5月15日成功着陆火星表面,并开始在乌托邦平原南部进行科学探测.祝融号火星表面磁场探测仪(RoMAG)是火星车上六个有效载荷之一,它由两个相同的高灵敏度三轴磁通门磁强计组成,随火星车在火星表面进行移动磁测量.尽管在发射前已经进行了火星车磁补偿以消除磁干扰,但由于有效载荷和太阳能电池板等在发射前后的状态不同,需要对磁强计进行沿轨校准,以获得更精确的火星磁场.本文分别利用桅杆偏航旋转和火星车偏航旋转两种方法确定火星水平磁分量.结果表明,两种方法测得的火星水平磁场分量具有较好的一致性,均方根偏差小于2.0nT.火星背景磁场垂直分量则可根据干扰场呈现偶极场分布的假设来约束.磁场测量值与太阳能帆板电流之间的线性相关关系可用于常规探测中的磁场校准,可以得到更精确的火星表面背景磁场.     

带电粒子在磁场中的运动区及其模型实验

本文讨论了带电粒子在电磁场中的运动区域.在计算过程中假定磁场是有势的,并且势函数分别考虑为轴对称与平面函数.计算结果表明:当磁场足够强时,粒子运动区的边界与磁力线是相似的.这个结果表明,我们可以根据磁力线图形确定带电粒子的运动区.此外,还将上述计算结果与模型实验做了对此,在磁场中的辉光放电实验里,放电中的辉光区部分相当于粒子的运动区,暗区部分相当于粒子禁区.对比结果表明,辉光区的边界与磁力线相似,其中有以下几个结果:（1）当磁场是一个偶极磁场,并且其磁短的大小大于其临界值时,则放电辉光将被捕获于偶极磁场中,其边界近似于磁力线;（2）当偶极磁场受到扰动时,设扰动场分别考虑为与赤道面上的偶极磁场方向相反的均匀磁场,以及位于捕获区之外在赤道面上的电流环磁场时,则偶极磁场磁力线将向外伸长,实验观测到被捕获于偶极磁场中的辉光将同时伸长,并且辉光区边界的变化与磁力线的变化是相似的;（3）根据中性线磁场中的辉光放电实验表明,辉光区的边界仍然与中性楱磁场的磁力线相似.由于气体放电中的现象比较复杂,因此要进行定量的计算是比较困难的,为此我们引进了一些简化假定,定量计算了辉光区在上进各种磁场中的边界,计算出来的辉光边界的大小和形状与实验结果是相同的.     

关于东亚大陆磁场的研究

本文利用近三十年来的地面测量资料和东亚地区11个地磁台的资料,以及1965.0、1975.0国际地磁参考场等资料,对东亚大陆磁场的时、空变化特征进行了研究。内容包括:东亚大陆磁场的空间分布特征及场源深度的估算,东亚大陆磁场的中心位置及其磁场强度、磁场方向,近三十年来东亚大陆磁场的长期变化特征等。得到的主要结果是:1.东亚大陆磁场的中心位置近三十年来没有西向漂移的迹象,从而推断它的长期变化主要由场源强度的变化所引起,而不是主要由非偶场的西向漂移所引起;2.东亚大陆磁场的中心与它的长期变化的中心不相一致,同时,在青藏高原的东部还可能存在一弱中心。     

电流磁场法在厚覆盖区探测陡倾斜金矿的试验效果

覆盖区寻找隐伏矿成为当前找矿工作的热点问题,尤以寻找厚覆盖层下陡倾斜无磁性脉状金属矿难度较大.由于某些陡倾斜金属矿具有良好的导电性,并与围岩存在较大的电性差异,利用大功率场源发射系统,向地下发射不同频率电流,同时利用接收仪器在场源附近分别测量不同频率供电(或供电前后)时矿体上方磁场强度,可根据矿体内外的电流密度分布情况,判断金属矿体存在与否及其位置.在五河金矿整装勘查区开展了电流磁场法穿透低阻厚覆盖层精准探测金矿体的找矿方法试验.通过分析电流磁场异常特征,在陡倾斜脉状金矿体上方发现了极具意义的"笋状"多频电流磁场组合异常,说明电流磁场法在厚覆盖区寻找陡倾斜脉状金属矿具有较好的成果.     

内磁层电流体系的地磁效应

对Ⅱ区场向电流及其伴随的部分环电流和电离层电流组成的内磁层三维电流体系（PRFI电流系）的磁场效应进行了数值计算.这一三维电流体系在中低纬度地面产生的磁场呈现出特殊的纬度分布:X分量几乎不随纬度变化,Y分量随纬度增高近似呈线性变化.这些特征明显不同于对称环电流的磁场分布特征（X∝ cosφ,φ是纬度,Y=0）,也不同于DP2、S_q、L等电流体系的磁场分布特征.利用这一特征我们可以从地磁台子午链观测到的磁场扰动中分离出PRFI电流系的贡献.用1989年3月磁暴的实例检验了上述模型,观测结果与理论结果符合得很好.分析结果还表明,最大的D_st指数并不一定对应着最强的对称环电流.     

格尔木地磁台环境磁场测量及其分析

1997年6月对格尔木地磁台的环境磁场进行了测量，并绘制出了△F等值线图。结果表明地磁房周围磁力线分布均匀，磁场梯度小于1nT／m。另外就如何减小人为干扰和长期保护台址环境提出了建议。     

地球磁尾和磁层顶磁场变化的随机特性

本文讨论了平板模型下电阻不稳定性使磁力线由对称平衡状态进入随机状态的可能性;给出该模型下以（x,z）为正则坐标的哈密顿函数表达式;在Harris平衡磁场分布下分析了撕裂模不稳定性,驱动重联和涡旋诱发重联引起的磁力线随机特性;估计了两个磁岛相互作用时磁力线进入随机态的临界值.本文结果可用于讨论地球磁层顶和磁尾处磁场的性质.     

基于MF6, EMM2010和CGRF2010模型的中国大陆地壳磁异常特征

利用地磁场全球模型MF6, EMM2010和基于地面观测数据建立的2010.0中国地磁参考场(CGRF2010)等3个模型分别计算了中国大陆地区岩石圈磁场, 发现3个模型各有其特点: 基于卫星数据建立的MF6模型分辨率有限, 其磁异常条带呈蠕虫状; EMM2010模型岩石圈磁场概貌与MF6模型相似但细节特征十分突出; CGRF2010模型可信度较高, 其分辨率东西部差异较大, 异常形态以团状为主． 通过分析3个模型得到的中国大陆地区岩石圈磁场垂直分量ΔZ的强度及其分布特征发现: ΔZ分量在准噶尔盆地、 塔里木盆地、 柴达木盆地及四川盆地等地区均为正值, 而在天山、 大巴山等地区为负值; ΔZ分量分布在华北岩石圈地块与华南岩石圈地块吻合程度较高; 在青藏高原南部、 西域岩石圈地块北部以及松辽岩石圈地块, 全球模型与CGRF2010模型存在显著差别．      

数值模拟火星古发电机湮灭前磁场特征

火星地壳磁场观测结果表明,该行星目前已经丧失了由其内部发电机作用产生的行星尺度的本征磁场,只在其表面残留不对称分布的剩余磁场.通过MoSST行星液核发电机动力学模式的前期模拟工作发现,在火星古发电机"死亡"之前,很可能处于亚临界发电机状态(此时维持发电机所需能量小于激发发电机所需能量).为了解火星发电机湮灭前的磁场特征,本文选取该亚临界发电机区间内,Rayleigh数(表征驱动发电机能量的无量纲参数)=2480时的火星表面磁场数据,采用自然经验正交函数对其分析,结果表明:在火星古发电机湮灭过程中的亚临界发电机状态下,火星表面磁场形态是非轴向偶极子占优的;并频繁出现磁极倒转和漂移现象,该过程中其磁偶极距随时间呈非单调形态的衰减.     

Weimer电场模式在地球磁层内的特征

地球磁层中的电场是研究磁层物理的重要参数,目前常用的对流电场有均匀晨昏电场和投影电场.电离层电场可以看做磁层电场沿磁力线在电离层的投影,本文选取的电离层电场模型为Weimer(2001模式)电场.利用T96磁场模式,沿磁力线将电离层电场投影到磁层空间,得到一个新的磁层电场模式,并讨论了磁暴、行星际磁场(IMF)、太阳风参数和亚暴等对磁层电场的影响.利用该模型计算的电场结果与卫星探测结果相符.     

火星磁场和行星发电机理论

火星磁场是火星主要观测物理场之一,火星磁场研究对火星探索具有重要的科学意义.本文侧重介绍火星磁场探测所取得的主要成果,在介绍火星行星磁场起源的行星发电机理论的基础上,重点讨论了动力学机制、起始时间、停止的原因等关键性问题,并指出了研究中存在的一些问题.     

Investigating the ancient Martian magnetic field using microwaves

The new microwave palaeointensity technique has been used to investigate samples from the Martian meteorite Nakhla. This technique is a promising new way to obtain absolute palaeointensity information regarding the ancient Martian magnetic field as recorded by the Martian meteorites. Assuming that a part of the magnetic remanence is of thermal origin and originating on Mars the two samples studied yield estimates of 4 μT for the Martian magnetic field at 1.35 Ga.     

带电月尘活动对月球磁场的影响

本文介绍了基于月尘扬起机制的"动态喷泉模型",分析了月尘扬起的过程;最后提出了"带电月尘活动电磁感应模型",计算得到月面明暗交界处带电月尘活动产生的感应磁场强度小于0.0064nT.本文证明带电月尘的活动对月球磁场的影响微小,可以忽略.     

磁层磁场模式的研究进展

磁场模式是表述空间磁场的一种有效工具,对于研究磁层大尺度电流系的发展变化和辐射带粒子具有重要意义.本文介绍了三种主要的磁层磁场模式,即经验模式、抛物面模式和事件导向模式,结合模式的原理和特点,对模式的改进情况和性能检验进行了详细论述,并对三种模式进行了对比分析.三种模式都能对暴时磁场进行动态模拟.最近的Tsyganenko模式考虑了太阳风的历史作用,每个磁场源都有自己的松弛时间尺度及驱动函数;抛物面模式A01中增加了场向电流及窄尾流效应;事件导向模式G03增加了非对称环电流和局地窄尾流片效应.     

海浪引起的地磁场波动的观测与初步分析

近岸海浪是影响近岸水域环境状态的重要环节.海洋近岸波的波动性质和变化规律的研究对于海岸防护、近岸航运、军事活动等具有重要意义.感应磁场波动可为探测海洋近岸波的非线性过程提供一种有效手段.本文首次对海洋近岸波引起的感应磁场进行了频谱指数分析,获得了能量注入和耗散过程对应的谱段.2016年5月15日—6月30日在昌黎海岸(东经119.3,北纬39.7°)利用KDM-2型磁通门磁力仪对海洋近岸波引起的磁场变化进行了测量,数据分辨率为0.01 nT/(HZ)~(1/2),时间采样率为1 Hz和128 Hz.观测数据显示,在距海岸线2 m远处,清晰地观测到了海洋近岸波引起的磁场波动,在0.001~10.0 Hz频段的波动最大振幅约为1 nT.波动的小波频谱呈现出多次谐波结构,符合海洋近岸波的谐波特征.傅里叶频谱显示不同频段谱的斜率不同,反映了海洋近岸波发展与耗散的非线性物理过程,进一步开展长期观测和统计分析有助于深入了解海洋中的电动力学过程.     

全球电离层VLF电场功率谱特征

分析2006年3月至2009年2月DEMETER卫星VLF电场功率谱数据发现,卫星高度上全球电离层电场功率谱有以下特征:高纬度区域电场辐射强度平均高于低纬度区域,几个地磁场异常区相应的电场辐射增强;全球电场功率谱,向阳侧强于夜侧,大陆强于海洋,夏季强于分点季,冬季最弱;不同频段的电场功率谱特征有显著差异,某些频段的功率...     

日面方位磁场扰动和行星际磁场螺旋结构

文采用球坐标下2.5维理想MHD模型,对日球子午面内方位磁场扰动的传播进行数值模拟,重点分析它对行星际磁场螺旋角的影响. 本文认为,观测到的行星际磁场螺旋角大于Parker模型的预言值,是太阳表面不断向行星际发出同向方位磁场扰动的结果;太阳较差自转在太阳内部产生的方位磁场为这类扰动提供了源头. 模拟结果表明,采用持续时间等于周期的十分之一、扰动幅度为103nT量级的正向方位磁场扰动,就可使1 AU处行星际磁场的螺旋角增加2°左右,与有关观测结果相符. 模拟结果还表明,上述方位磁场扰动对日球子午面内的太阳风特性和磁场位形的影响基本上可以忽略.     

地震电离层异常电场模拟及初步研究

强地震会造成电离层电场发生异常变化.基于大气层-电离层电动力学理论对地震电离层异常电场开展数值模拟和研究,将理论推导出来的电离层异常电场方程扩展到球面坐标系中,并且考虑到电离层层电导率的各向异性,建立新的地震电离层异常电场模式.引进一个电离层层电导率经验公式(Nopper and Carovillano,1979),对中低纬度地震电离层异常电场特性进行数值模拟.模拟结果表明:附加电流引起电离层异常电场范围远大于自身在地表上的分布.且发生在低纬地区的异常电场主要成分是纬向电场,在东西两侧显偶极子分布.在额外电流分布相同的情况下,夜晚生成的异常电场更显著,存在昼夜差异.     

Comparative outline of the region of interaction of the solar wind with the Ionosphere of Venus and Mars

The general features of the region of interaction of the solar wind with the ionosphere of Venus and Mars are compared using data obtained with the Mariner 5 and the Pioneer Venus Orbiter (PVO) spacecraft for Venus and with the Phobos II, the Mars Global Surveyor (MGS) and the Mars Express spacecraft for Mars. Despite the overall weak intrinsic global magnetic field that is present in both planets there are significant differences in the manner in which the interplanetary magnetic field accumulates and is organized around and within their ionosphere. Such differences are unrelated to the crustal magnetic field remnants inferred from the MGS measurements around Mars. In fact, while in Venus and Mars there is a region in which the magnetic field becomes enhanced as it piles up in their plasma environment it is shown that such a region exhibits different regimes with respect to changes in the ion composition measured outside and within the ionosphere. At Venus the region of enhanced magnetic field intensity occurs in general above the ionopause which represents the boundary across which there is a change in the ion composition with dominant solar wind protons above and planetary O⁺ ions below. At Mars the region of enhanced magnetic field is located below a magnetic pileup boundary across which there is also a comparable change in the ion composition (solar wind protons above and planetary O⁺ ions below). It is argued that this difference in the relative position of the region of enhanced magnetic field with respect to that of a plasma boundary that separates different ion populations results from the peculiar response of the ionosphere of each planet to the oncoming solar wind dynamic pressure. While at Venus the peak ionospheric thermal pressure is in general sufficient to withhold the incident solar wind kinetic pressure there is a different response in Mars where the peak ionospheric thermal pressure is in general not large enough to deviate the solar wind. In this latter case the ionosphere is unable to force the solar wind to move around the ionosphere and as a result the oncoming electron population can reach low altitudes where it is influenced by neutral atmospheric particles (the solar wind proton population is replaced at the magnetic pileup boundary which marks the upper extent of the region where the interplanetary magnetic field becomes enhanced). Peculiar conditions are expected near the magnetic polar regions and over the terminator plane where the solar wind is directed along the sides of the planet.     

一种磁张量探测系统载体的磁张量补偿方法

针对磁张量系统载体产生的磁张量值对系统测量精度产生很大影响的问题,以及现有磁补偿模型存在非线性、分体式和参数多的问题,提出一种磁张量系统载体的一体化线性磁张量补偿方法.分析了载体硬磁材料产生固有磁张量值和软磁材料产生感应磁张量值的微观机理,并推导了相应的数学表达式,结合固有磁场影响和感应磁场影响建立了载体磁张量补偿模型.模型中含有20个载体磁张量补偿系数,对模型求解得到补偿系数,结合三分量磁场测量值即可达到对载体磁张量的补偿.实测实验表明,磁张量补偿方法计算得到的载体磁张量值与载体实际产生的磁张量值仅差32nT/m,可以有效完成对磁张量系统的载体磁张量补偿.