帕克与太阳风的发现(续)

如果你想成为一个好的科学工作者,你就应该对不同的领域感兴趣。如果你不能对不同的领域感兴趣,那么科学工作可能就不是最适合你的职业。     

太阳风的发现之路

人类对太阳风最早的实验观测来自于对彗星彗尾的观测。在1943年,霍夫迈斯特(Hoffmeister)发现离子彗尾的方向与彗核和太阳连线方向(径向)有一个系统的且通常小于5度的偏离,起初天文学家们试图用太阳光的光压来解释这一偏离,但光压太弱,不足以造成这么大的偏差。另一个早期使人们费解的现象是在一些彗星中观测到的所谓“断尾事件”,即在彗星的彗尾中有时会观测到彗尾有很明显的不连续性(见图1)。为了解释霍夫迈斯特的发现,德国天体物理学家比尔曼(Biermann)于1951年提出了     

太阳风离子尺度湍流与太阳风加热

太阳风源自太阳大气,在行星际空间传播过程中被持续加热,然而究竟是何种能量加热了太阳风至今未研究清楚.太阳风普遍处于湍动状态,其湍动能量被认为是加热太阳风的重要能源.然而,太阳风湍流通过何种载体、基于何种微观物理机制加热了太阳风尚不明确,这是相关研究的关键问题.将回顾人类对太阳风加热问题的研究历史,着重介绍近年来我国学者在太阳风离子尺度湍流与加热方面取得的研究进展,展望未来在太阳风加热研究中有待解决的科学问题和可能的研究方向.     

太阳风电子动力学不稳定性

电子是太阳风粒子中最为重要的组分之一,它可以通过多种机制对太阳风产生影响.太阳风中的电子通常具有温度各向异性和束流两种非热平衡分布特征,这些偏离热平衡分布的特征可以通过波粒相互作用激发电子不稳定性和等离子体波动,激发的等离子体波动又可以通过波粒相互作用调制太阳风粒子的分布,从而加热太阳风中的背景粒子.因此电子动力学不稳定性在太阳风的演化过程中扮演了极为重要的角色.详细介绍了太阳风中常见的电子动力学不稳定性,并基于等离子体动力论,详细介绍太阳风传播过程中所出现的各种不稳定性,尤其是在近日球层和太阳大气区域所出现的电子声热流不稳定性以及低混杂热流不稳定性,并分析其波粒相互作用机制,以便更加深入地研究太阳风传播过程中的电子分布函数演化.     

日冕和太阳风中的激波

This paper briefly surveys some recent progress in the theoretical study of Magneiohydrodynamic (MHD) shock waves in the corona and solar wind. Standing shock waves arc bclicved to exist in steady solar winds ncar the sun, but such a prediction remains to be confirmed by future observations. Whereas the so-called corotating shock waves were observed as early as 1970s in the interplanetary space and studied by many authors, a complete picture became available in the hcliosphcric equatorial plane just reecntly based on MHD numerical simulations. Although certain progress has been made in the study of the 3-D propagation properties of flare-induced shock waves based on qualitative and statistical analyses, further work needs to be done to clarify thesc properties of individual shock events both obscrvationally and theoretically. In addition to fast shocks, there probably exist slow and intermediate, shocks in the solar wind. Several MHD shocks of different types may coexist, either separated each other to     

太阳活动低年太阳风的空间结构

1976年的太阳风流速行星际闪烁测量显示了一个期待的风速空间变化趋势,即在高的太阳纬度上或在大的角距离(相对于由日冕观测导出的行星际电流片)上出现高的太阳风速。仔细考察电流片偏离太阳赤道地区的风速变化,发现太阳风速相对于太阳赤道的空间分布并不对称,极小风速出现在行星际电流片附近。在1976年,平均风速u随离电流片的角距离λ变化为 u(λ)=800sio~2λ 350(公里/秒),|λ|≤35° u(λ)=600(公里/秒),|λ|>35°     

太阳风的电波传播观测研究

本文以行星际空烁为主，综述了通过电波传播的观测来研究太阳风的方法及近３０年的观测结果。概述了这种方法的优缺点，基本假设和基础理论，讨论了这种方法所得到的太阳风电子密度谱，太阳风三维结构以及与太阳活动周的关系，特别是肯定了闪烁测量在研究太阳风加速区问题中的作用。并且结合当前的国际日地物理计划指出了９０年代的研究重点。最后，简述了北京天文台密云站射电天文设备用于行星际闪烁观测的可能性及特点。     

太阳风中阿尔文波的研究进展

阿尔文波在太阳风中普遍存在,对其中等离子体的加热与加速有重要意义.从太阳风中的结构、太阳风湍流、太阳风全球模型、等离子体不稳定性(参量衰变不稳定性和火蛇管不稳定性)、太阳风的加热与加速等方面,总结了近年来太阳风中阿尔文波相关的研究进展.结合目前的研究趋势,从亚阿尔文速太阳风、太阳风全球模型和太阳源区3个方向展望了未来阿尔文波的相关研究.     

太阳风扰动传输模式研究进展

随着观测手段、理论模型和数值方法的发展,人们对各种太阳风扰动如日冕物质抛射,以及相关的空间天气效应的认识和理解越来越深入。为获取行星际背景磁场、背景太阳风参数和日冕物质抛射、激波等太阳风扰动的传播参数,人们建立发展了各种模式;在这些获取的参数基础上,建立了各种太阳风扰动的传播模式,从而为空间天气预报提供了必要的经验和理论模型支持。根据这些模式所研究和描述物理量的不同,将这些参数获取模式和传播预报模式分为背景磁场获取模式、背景太阳风参数获取模式、日冕物质抛射传播参数获取模式、日冕物质抛射偏转模式、日冕物质抛射(激波)传播模式以及基于三维磁流体力学的数值模拟方法,并分别概述性地总结了各种模式的特点及其用途。     

太阳风中离子束流与电磁离子回旋波的相互作用

正电磁离子回旋波是指频率低于或者接近离子回旋频率的电磁波,其存在左旋和右旋两种偏振状态.通过回旋共振相互作用,电磁离子回旋波能直接与粒子发生能量交换,对太阳风等离子体加热和加速等能化现象起着重要作用.然而,太阳风中电磁离子回旋波的激发机制及其波粒相互作用尚未完全清楚.本学位论文深入、系统地研究了太阳风等离子体环境下离子束流对电磁离子回旋波激发机制的影响及其波粒相互作用,为进一步理解与解释太阳风中微观等离子体物理过程、     

太阳风中电磁离子回旋波的观测与理论研究进展

太阳风中的电磁离子回旋(Electromagnetic Ion Cyclotron, EMIC)波自报道以来,受到了广泛的关注和研究.由于波的频率接近质子的回旋频率, EMIC波可以通过回旋共振波粒相互作用将波能传递给离子,并在太阳风粒子加热和加速等能化现象中发挥重要作用.总结了太阳风中EMIC波的观测和理论研究进展,包括EMIC波在磁云内外、磁云和行星际日冕物质抛射鞘区中的观测研究得到的一系列结果以及基于观测进行波的激发机制所取得的研究进展,并展望未来研究太阳风中EMIC波的突破方向.     

捕捉太阳风粒子的“起源”号

2004年9月8日,美国“起源”号探测器返回舱因电池故障导致降落伞没打开,从而使它坠落在美国犹他州的沙漠中。经过检查后,科学家们得知其携带的大多数太阳风微粒样品基本保存完好,这个消息令一度士气低落的“起源”号项目成员感到极为振奋。科学家们认为,通过对探测     

太阳风高速流卡林顿周分布的演变

太阳风高速流在卡林顿旋转周中的分布并不是随机的。第20周太阳活动极大期后所观测到的稳定双流分布,在该活动周早期就有明显的前兆。本文按年给出了第20周太阳风速度分布的系统演变过程,讨论了流的漂移、性改变、重现等规律。     

冕洞区太阳风中哨声波的加速作用

本文讨论由于从冕洞向外传播的哨声波引起高速太阳风附加加速的可能性,研究一个稳定的球对称模型,即认为风流和磁场是径向的。能量方程包含:(a)激起哨声波的电子束能量转移,(b)用波作用密度守恒原理描述的哨声波能量转移。动量守恒方程包括两种气体(热气体和束电子)的动量转移。温度变化由多方过程描述。对不同的哨声波能密度求出了太阳风速度随径向距离的变化。结果表明,哨声波是引起冕洞高速太阳风加速的重要原因。本文得到在地球轨道太阳风速度大约为670公里/秒(对在1.1R_处波能密度大约为10~(-4)尔格/厘米~3而言),这与观测值大致符合。     

太阳风对地球自转可能影响的讨论

地球自转的长期减速原因一般归结为日－月潮汐摩擦，而非潮汐因素会引起地球自转的加速。本计算了由太阳风引起的地球磁层力矩的上限值，其量级为2.56×10^22cm sec^-2。结果表明：估算非潮汐加速度的量级为·/Ω=0.33×10^22cm sec^-2，它比推算出的·/ΩNT=1.6×10^22cm sec^-2要小。由于造成地球自转变化的非潮汐因素是一个经典而又复杂的问题，所以由太阳风引起的地球磁层的力矩作为非潮汐变化的机制是模棱两可的，但它表明：太阳风力矩可通过太阳风舆到地球并渗透到地核响应地核运动，因此它可以作为本计算的几千年时间尺度的地磁场向西漂移的最可能原因之一。     

帕克太阳探测器热防护系统研究及启示

帕克太阳探测器(Parker Solar Probe, PSP)是以现代太阳风和磁重联理论的奠基人——尤金·纽曼·帕克(Eugene Newman Parker)命名的航天器,将穿过太阳的日冕层,探测人类从未探测过的区域,对日冕和太阳风的起源和动力学特征进行直接探测,有望破解日冕高温和太阳风加速度奇高这两大谜团,其热防护系统遇到的困难和挑战远超目前所有航天器。首先介绍了探测太阳的意义和帕克太阳探测器的科学目标,然后简述了帕克太阳探测器轨道和轨道热环境并指出热防护的难点。分析了帕克太阳探测器热防护系统的结构,然后详细阐述了热防护系统的热盾及迎日涂层、太阳能电池板及冷却系统设计,最后总结了帕克太阳探测器热防护系统对我国抵近太阳探测器热防护系统设计的启示。     

太阳风研究的新进展：略谈“尤里西斯”观测

太阳风研究的新进展：略谈“尤里西斯”观测藻间由太阳向外“吹”出的电子和离子组成的等离子体在局部行星际介质中占据一个巨大的腔。这些等离子体称为太阳风。它起源于具有百万度高温的太阳外层大气─—日冕。由于日冕温度很高，太阳风等离子体在克服太阳引力，以３００...     

日地空间太阳风的辐射磁流体数值模拟研究

对辐射磁流体力学(RMHD)在内日球太阳风数值模拟研究中的应用进行了简要回顾。在太阳风研究中,太阳风的起源问题是关键科学问题之一,也是近期国际重要空间计划的首要科学目标。首先简述了太阳风起源问题的现有认识,表明新生太阳风如何加速到数百千米每秒是研究太阳风起源问题的关键,它很可能是开场区日冕和太阳风加热的直接后果。简介了太阳风数值模拟中物理描述及数值实现的常用方案,表明自洽地刻画太阳风能量输运过程需要合理计入辐射效应。最后简述了多维太阳风数值模拟研究的进展,特别关注了辐射的处理,并对RMHD在内日球太阳风数值模拟研究中的应用做了展望。     

近地小行星发现数目与发现场景的统计分析

近地小行星是一类可能对地球安全造成潜在威胁的太阳系小天体, 目前绝大部分的近地小行星是由地基望远镜发现的, 且数目仍在不断增加. 为了对我国未来开展近地小行星发现监测提供参考和借鉴, 利用国际小行星中心公开的数据库对所有近地小行星首次发现时刻的观测资料开展了多维度统计分析. 发现望远镜探测能力的限制会对近地小行星的发现造成选择效应, 导致不同轨道类型近地小行星发现的相对比例逐年变化且与直径有关. 另外, 结合数值模拟获得的轨道数据, 对近地小行星首次发现时的观测场景进行了还原, 获得了发现时刻近地小行星位置在不同天球坐标系的分布, 分析了其分布特征与季节、测站纬度和小行星直径的依赖关系. 最后, 通过分析数据定量考察了太阳、月球和银道面对近地小行星发现的影响, 发现地基望远镜一般难以发现来自太阳方向90$^\circ$范围内直径140m以下的近地小行星, 并且随着小行星直径的减小该限制范围也将变大; 月光污染对近地小行星发现的影响也非常显著, 望月前后几天的观测限制可导致约29%的目标无法被发现, 而且分析表明农历上半月发现的目标一般比下半月发现的更难以被跟踪观测; 银道面特别是银心方向会对近地小行星发现产生影响, 使得黄道面附近存在与季节相关的观测``盲区''.     

太阳风对火星探测通信信道的影响及抗闪烁策略研究

太阳上合期间,太阳风严重影响深空通信链路,严重时可能导致通信链路中断。论述了信道与太阳之间的距离是决定太阳风对深空通信信道影响的主要因素,并分析了太阳风对信道影响的具体特征。最后,以中国的火星探测任务为背景,从理论上分析可行的抵抗太阳风影响的通信信道改善策略。