外日球层太阳风“磁流体-能量粒子”强耦合系统的数值模拟

日球层是指以超音速径向外流的太阳风在周围星际介质中所占有的空间范围。磁化太阳风和星际介质的相互作用形成终止激波、日鞘区、日球层顶。在外日球层,太阳风中存在宇宙线能量粒子辐射背景以及螺旋形行星际磁场、行星磁层等准稳态结构。太阳风离子与星际中性氢原子通过电荷交换生成太阳风拾起(pickup)离子和能量中性原子(Energetic Neutral Atom,ENA),导致外日球层太阳风的加热和减速。外日球层太阳风宏观磁流体动力学与ENA辐射场是强烈耦合的,ENA携带其原属离子群的成分及能量信息并且在日球层内直线运动。ENA辐射是遥测广袤日球层的远程探针,该辐射在全天球范围内的成像能描绘外日球层在粒子多能段的全景肖像。辐射磁流体理论被应用于描述日球层大尺度动力学和能量粒子加速及传输的多尺度耦合。认证外日球层太阳风物理的重大科学问题,阐述该科学问题对辐射磁流体的物理建模及其数值求解的内禀需求,分析外日球层辐射磁流体数值模拟在国内外的发展脉络和当前现状,提出我国在外日球层领域辐射磁流体数值模拟的发展建议。     

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°     

根据行星际闪烁观测(IPS)研究耀斑-激波的三维传播特性

根据1975—1982年间的43个2B级耀斑-激波事件的IPS观测资料,采用点源爆炸波在变密度、运动介质中传播的物理模型,研究了耀斑-激波在行星际空间传播的三维特性。初步结果是:(1)耀斑-激波在三维空间的传播是各向异性的,既有经度的东-西不对称性又有纬度的南-北不对称性;(2)传播最快的方向,就纬度而言,很可能是在日球电流片附近,就经度而言,则趋向于行星际螺旋形磁场方向,不大像是总在耀斑法线方向上;(3)传播的空间范围,在纬度上主要发生于±40°—±60°,在经度上却要宽得多,往往超过±90°;(4)耀斑-激波的能量随纬度分布的各向异性程度比传播距离、介质扰动速度的各向异性要显著得多,其能量主要集中在日球电流片附近大致±30°的纬度范围;(5)耀斑-激波传播的三维特性与太阳黑子活动区,日冕及冕洞的磁结构有密切关系。 由IPS观测所得到的关于耀斑-激波在经度方面的传播特性和已有的飞船观测研究结果符合较好。IPS观测是研究耀斑-激波传播三维特性的一种有效手段。     

双重电流片和日冕瞬变

当背景磁场在日冕中存在零磁场线时,反向新磁通量的喷发将会产生双重电流片,包括零场区附近的磁场受到挤压而形成的横向电流片和新喷发场、原背景场之间形成的拱形电流片、本文用一对线偶极子来模拟背景场,用一对线磁荷来模拟反向喷发场,讨论了上述双重电流片的形成和演变过程。在电流片形成过程中,物质将向电流片集中。拱形电流片物质主要来自过渡层和光球层,并通过辐射损失进一步冷却,形成低温日珥环;横向电流片的物质则全部来自日冕,从而形成高温日冕环。以上结果可用来解释1984年4月14日观测到的日冕瞬变。     

日球的边界

日球的边界肖庆山译据英《新科学家》报道，“旅行者”ｌ号和２号探测器发现日球层顶是太阳风粒子猛烈发射到星际物质中去的边缘。这个边界越过冥王星轨道甚远，这一点早已被行星学家们发现。１９９２年深秋，旅行者号探测器接收到来自于日球层顶的较强低频的射电信号。美...     

STEREO卫星的CME观测研究进展

简要回顾利用"日地关系天文台"(Solar Terrestrial Relations Observatory,STEREO)卫星的立体观测资料在日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,CME)研究方面已取得的一些重要进展,主要包括(1)通过极紫外成像仪观测到的日冕极紫外暗化来更准确地估计CME质量,研究CME演化的结构特征;(2)利用STEREO卫星日冕仪的双角度观测,在CME立体传播特征方面取得的新进展;(3)STEREO卫星日球成像仪具有广阔的视场范围,可以跟踪研究CME从太阳表面爆发到形成行星际日冕物质抛射(Interplanetary CME,ICME),及其在内日球层和近地空间的演化特征以及运动特征等。同时,也介绍了利用三角测量技术测定CME特征物理量的新方法。     

行星际闪烁(IPS)研究新进展

太阳风行星际闪烁（ｉｎｔｅｒｐｌａｎｅｔａｒｙ ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ,ＩＰＳ）研究在太阳物理,日地空间物理和空间天气学研究中具有重要科学意义,经过近３０年重点研究太阳风后,从９０年代初开始,ＩＰＳ研究在太阳风与日球观测的对比分析、行星际扰动与地磁活动预报,观测数据的层析分析三方面都取得了新的进展。     

日冕三重无力场电流片的磁场重联

采用二维三分量磁流体力学模型,对日冕三重无力场电流片的磁场重磁联进行了数值研究,揭示了重联过程的基本物理特征,这类重联过程将加热和加速日冕等离子体,并导致多个高温、高密度、高磁螺度的磁岛的形成和向上喷发,这表明,多重无力场电流片的重联可能在日冕磁能释放、上行等离子体的形成和太阳磁场螺度向行星际空间的逃逸方面起重要的作用。     

日冕三重无力场电流片的磁场重联

采用二维三分量磁流体力学模型,对日冕三重无力场电流片的磁场重联进行了数值研究,揭示了重联过程的基本物理特征．这类重联过程将加热和加速日冕等离子体,并导致多个高温、高密度、高磁螺度的磁岛的形成和向上喷发．这表明,多重无力场电流片的重联可能在日冕磁能释放、上行等离子体团的形成和太阳磁场螺度向行星际空间的逃逸方面起重要的作用．     

日冕瞬变及行星际效应

本文介绍了日地空间环境和能量走廊，光学日冕和射电日冕，日冕瞬变和行星际瞬变。特别阐述了射电日冕瞬变的种类及其行星际效应。     

日冕瞬变及行星际效应

本文介绍了日地空间环境和能量走廊，光学日冕和射电日冕，日冕瞬变和行星际瞬变。特别阐述了射电日冕瞬变的种类及其行星际效应。     

行星际磁通量绳尺度及能量研究

行星际磁通量绳是太阳风中一种重要的磁结构.从1995-2001年的Wind卫星的观测资料中认证了144个行星际磁通量绳.其时间尺度介于几十分钟到几十小时之间,其空间尺度呈现连续分布.通过估算磁通量绳单位长度的能量和总能量发现:磁通量绳的能量分布和耀斑的类似都呈现很好的幂率谱.通过讨论行星际磁通量绳和太阳活动爆发的关系,建议所有的小、中、大尺度通量绳都直接起源于太阳上的爆发,和磁云对应于通常的日冕物质抛射一样,中、小尺度的通量绳对应相对较小的日冕物质抛射.     

日球参数的太阳周变化

本文统计分析了1965至1978年期间,在地球轨道附近的行星际空间测量到的日球参数的太阳周变化,包括各种基本参数及由它们组成的各种密度和流密度、声速、马赫数及其他无量纲参数。文中论证了存在两类性质不同的太阳周变化,即冕洞周和黑子周变化,前者随日冕结构寿命增长在1974年达到极大值,找到了人们寻找多年的遵循太阳黑子周变化的参量,并且讨论了冕洞极大和黑子极大年太阳风平均特性的差别。     

基于经验模式分解的太阳南北半球黑子面积的Rieger-type周期相位分析

采用经验模式分解技术研究了从第12到第24太阳活动周黑子面积数据中的Rieger-type周期,以及它们在南北半球上的相位关系。研究发现:(1)Rieger-type周期尺度以及时间尺度在两个半球上是不一样的,从而导致了半球分布的不对称性;(2)平均Rieger-type周期在北半球上的周期长度略大于南半球上的;(3)占主导地位半球的Rieger-type周期的相位不一定是超前的,半球Rieger-type周期尺度相近的也并不一定是相关性强的。     

星际尘埃研究现状与进展

由于星际尘埃的广泛存在和其在恒星与行星系统的形成、星系以及整个宇宙演化中的重要作用,星际尘埃的研究成为当今天体物理领域的热点前沿课题。该文从尘埃与电磁场相互作用的观测证据出发,系统地介绍了星际消光(包括吸收和散射)、星际红外辐射、星际偏振等的研究现状,讨论了星际元素减损,以及行星际尘埃和陨石中的前太阳尘埃等问题。从相应的观测证据中,可以得到关于星际尘埃的丰度、化学组成、尺寸和形状的信息。该文还对当前比较流行的三种尘埃模型(硅酸盐-石墨-PAHs模型、硅酸盐核-碳有机耐熔质壳层模型和多孔尘埃模型)进行了讨论与比较,对该研究领域中待解决的问题也作了简要的概括。     

行星际闪烁单站单频数据处理

太阳风是日地空间的主要物质来源,太阳风的观测对日地空间环境及地球物理的研究具有重要意义。地基行星际闪烁观测是监测太阳风风速,测量太阳风等离子体不规则结构,研究遥远致密射电源角径的重要且有效的方法。介绍了行星际闪烁地基观测的单站单频模式的基本理论,针对单站单频模式观测的数据处理及自编软件。本文的工作是为行星际闪烁单站双频系统数据分析处理作前期准备。     

行星际磁通量绳尺度的幂律谱分布

利用最小二乘法拟合了1995年1月至2001年9月Wind卫星观测到的行星际磁通量绳。根据拟合所得磁通量绳的直径,分析了行星际磁通量绳在这段时间内的发生率随磁通量绳直径D变化的关系,发现磁通量绳的发生率P(D)随直径D的变化可近似以幂律形式表示为:P(D)≈64D-0.768。行星际磁通量绳的发生率相对其直径的幂律分布表明所有行星际磁通量绳很可能是同一类现象且有共同的源,即它们都是太阳上日冕物质抛射的行星际对应物,只不过小尺度的磁通量绳对应较小的日冕物质抛射。最后,对行星际磁通量绳、日冕物质抛射和太阳耀斑的可能关系做了讨论。     

太阳耀斑和行星际磁场南向分量之间的相关分析

本文用统计方法对太阳耀斑和行星际磁场南向分量进行相关分析。通过这些分析,我们得出了以下结论:(1)太阳活动的27天周期性对行星际磁场南向分量的增加有一定影响;(2)太阳耀斑是行星际磁场南向分量增加的重要因素,有79.6％的10γ以上行星际磁场南向分量是由于太阳耀斑造成的;(3)从综合耀斑指数与行星际磁场南向分量之间的回归分析得到的相关系数为0.619。     

行星际磁重联的观测与研究

近50多年来,磁重联的概念越来越多地被应用到空间物理领域中,用以解释地球磁层、太阳大气以及行星际空间等环境下发生的爆发性物理现象。从观测方面对当前行星际磁重联研究的现状做了概述。首先介绍了磁重联的理论模型,接着回顾了行星际磁重联观测研究的历史,随后介绍了当前行星际磁重联的证认方法及磁云边界层磁重联在观测上的研究现状及存在的问题,然后分别介绍了近些年来,单飞船及多飞船联合观测的结果,最后总结了行星际磁重联现象的特点以及一些尚未解决的问题。     

行星际物理和磁层物理进展

本文综述80年代以来,行星际空间和地球磁层研究方面的进展。 在行星际物理方面,太阳风的加速机制、太阳风高速流与低速流之间的相互作用、耀斑激波在行星际空间传播等问题都有长足进展,特别是行星际磁云结构的存在,表明行星际有大小尺度的复杂结构,它们都与日冕和太阳风相关而且都对磁层有不同影响。