空间无碰撞激波的数值研究

无碰撞激波是空间等离子体和宇宙等离子体中的重要物理现象。文中评述了数值研究空间无碰撞激波的两种方法－粒子模拟和混合模拟，给出了准垂直和准平行无碰撞激波的数值研究结果。还指出了一些尚未解决的研究问题。     

垂直无碰撞激波的离子加速机制

利用一维全粒子模拟得到的垂直无碰撞激波的位形,通过试验粒子方法研究了不同初始能量粒子的激波加速机制.将与激波相互作用的离子分成反射和直接穿过两类,发现只有被激波反射的离子可被激波明显加速,其中初始能量较小的反射离子通过激波冲浪机制加速,而初始能量较大的离子通过激波漂移加速机制加速.同时激波厚度还对离子被加速过程有重要影响.     

日侧极光弧的发光强度与沉降电子能谱的相关关系

本文利用中国北极黄河站多波段全天空极光观测数据,选取稳定的日侧极光弧,统计研究了极光强度比I_(557.7)/I_(630.0)与极光发光强度I_(557.7)的相关关系.发现I_(557.7)在午前暖点和午后热点区附近出现极大值,分别为2.2kR和2.9 kR;而I_(630.0)在磁正午出现极大值,为1.5kR.当I_(557.7)从0.1kR增加到10kR时,极光强度比I_(557.7)/I_(630.0)也由0.2增加到9.结合DMSP卫星探测的沉降粒子能谱数据,找到17个DMSP卫星穿越黄河站上空极光弧的事件,共穿越40条极光弧.得到了沉降电子的平均能量正比于极光强度比I_(557.7)/I_(630.0),沉降电子的总能通量正相关于极光强度I_(557.7)的关系式.利用该关系式反演所有极光弧的电子能谱,发现在午前和午后扇区,产生极光弧的沉降电子主要来源于等离子体片边界层;在高纬出现强度较弱的弧,对应等离子体幔区域.在磁正午附近,沉降电子的平均能量较低,极光弧处于低纬一侧,粒子源区主要是低纬边界层.     

等离子体湍动对准垂直激波中粒子加速的影响

本文利用试验粒子方法研究了在考虑等离子体湍动的情况下带电粒子在准垂直激波中的加速, 在计算中, 我们采用组合模型来拟合等离子体湍动. 计算结果表明, 在存在等离子体湍动的情况下, 粒子可横越背景磁场运动, 从而被激波反射的上游粒子在到达下游后可被等离子体湍动散射回到上游, 并再次被激波反射并加速, 这样的过程可重复很多次, 因而粒子可被加速到很高的能量. 我们还研究了激波角, 粒子的初始能量和等离子体湍动的强度, 以及相干长度和两种湍动组分强度比与加速粒子的能谱之间的关系.     

垂直无碰撞激波中多离子波动和He2+加热

应用一维混合模拟方法数值研究了高Alfven－Mach数垂直无碰撞激波中He²⁺的运动及其加热机制．结果表明，在激波面处将会产生向下游传播的多离子波动，它对He²⁺加热有着重要影响．He²⁺的加热过程可能包含两个阶段，由于质子温度各向异性激发的质子回旋波和镜波先使He²⁺加热，而He²⁺与多离子波动相互作用进一步使He²⁺加热到更高的温度．     

无碰撞磁场重联地面实验平台的研制与建设

中国科学技术大学无碰撞磁场重联实验平台(KRX)是以揭示无碰撞磁场重联的触发机制、对无碰撞磁场重联电子扩散区的结构及相关等离子体波动进行深入细致研究为目标而建设的大型等离子体装置,是开展空间环境基本物理过程地面实验模拟的综合性平台.装置主体为直线位形,真空室直径3 m,由多段拼接而成,整体呈胶囊型,内部采用2 m×1 m全球最大氧化物阴极源产生均匀的背景等离子体.装置外部环绕10组导向场磁线圈,内部由上下两块平行电流板通同向脉冲电流构建重联磁场位形,脉冲电源采用“H”桥结构实现了可控的变速率重联驱动.在装置四周共开设200多个真空窗口,能够通过探针阵列及太赫兹偏振干涉仪、激光诱导荧光等先进光学诊断系统对磁场重联过程开展全域、主动、高精度的测量.该平台是最新一代磁场重联实验平台,其重联区域尺寸达到10倍离子惯性长度,伦德奎斯特数S有望达到10⁵,为开展无碰撞磁场重联实验创造了良好条件,能够对磁场重联过程开展多尺度、全面细致的研究,是卫星观测和数值模拟研究重要补充.目前,实验平台已完成基础建设以及诊断等关键组件的研制,并在小型装置预研结果的基础上完善了针对多尺度、多磁...     

中磁尾重联触发亚暴的单事例分析

磁层亚暴的发生与近磁尾（约6～8 R_E）电流片中断和中磁尾（约20～30 R_E）磁场重联密切相关,而极光的极向扩展、电流片中断和磁尾重联的时序过程对于认识亚暴的触发机制至关重要. 本文利用位于中磁尾的CLUSTER卫星,同步轨道附近LANL-01、LANL-97卫星,近磁尾POLAR和 极区IMAGE卫星的观测,分析了单个亚暴事例.结果表明,在此事件中,中磁尾磁场重联起始比近尾电流片中断早3 min发生,电流片中断发生4 min后,IMAGE卫星观测到极光增亮,同时AE指数突然增大,亚暴膨胀相起始. 观测结果与亚暴中性线模型较为吻合.