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。     

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。     

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.     

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...     

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...     

尘埃三维蒙特卡洛辐射转移模型述评

通过观测和模拟星际空间的辐射转移过程,探索天体的物理化学性质和分布演化过程,是天体物理学研究的一种重要手段。星际尘埃在星际辐射的产生和加工方面都扮演了重要角色。星际尘埃的分布为三维不均匀分布,需采用尘埃三维辐射转移模型以更真实地模拟尘埃的辐射转移过程。在研究分析尘埃三维辐射转移模型有关文献的基础上,重点介绍了用蒙特卡洛方法模拟尘埃三维辐射转移的基本图景和对模拟结果的一般处理步骤。详细梳理了适用于不同物理环境的6种模拟尘埃三维辐射转移的开源代码,比较分析了它们的模拟对象、辐射源类型、尘埃分布和组成等要素,总结评析了各个代码的特点和优势,便于需要利用数值模拟来进行科学研究的相关人员根据科学目标进行鉴别和采用。     

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、     

漫谈粒子和宇宙（七）：太阳等离子体漫谈

等离子体天体物理学是研究宇宙间最广泛存在的物质状态规律的科学。太阳最外层大气日冕的温度约达到一二百万度,高温下的太阳物质呈现高温等离子体状态;地球电离层是处于温度相对较低的等离子体状态。人造地球卫星以及太阳系深空探测表明,行星际空间并非真空,而是存在着来自日冕的连续微粒辐射——太阳风,它是因日冕膨胀而形成的连续向外发出的、伸向遥远的太阳系空间的等离子体流。等离子体物理过程在许多日地物理现象中,诸如太阳耀斑、黑子、日冕物质抛射、日珥、太阳风等研究中起重要作用,探索日地空间物理过程的规律是认识与之有关的空间现象的关键。     

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。     

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.     

行星形成数值模拟的研究现状与未来需求Ⅱ:行星迁移、核吸积以及大气逃逸

介绍了行星形成涉及到的几个重要阶段,如行星迁移、核吸积和大气逃逸的基本物理过程和数值模拟研究现状。行星迁移会影响行星的轨道偏心率和倾角,并改变原行星盘的结构;核吸积是决定行星演化为类地行星或者类木行星的关键因素;大气逃逸对行星的气候和演化产生重要影响。这些过程均涉及到复杂的辐射磁流体动力学过程,早期的理论研究往往采用很多人为的简化假设。随着超级计算机计算能力的提高和磁流体数值模拟算法的日渐成熟,人们已经可以对这类复杂的非线性动力学问题开展直接的数值模拟研究,克服了早期理论研究中人为假设的局限。但是,目前人们开展的研究主要基于磁流体动力学数值模拟,对辐射转移如何影响磁流体动力学过程的研究还比较欠缺。强调了进行辐射磁流体动力学数值模拟的必要性和紧迫性。针对辐射磁流体数值模拟程序的开发,从辐射转移,磁场的处理,吸积盘的自引力、三维效应、非理想效应和尘埃的效应等方面提出了相应的技术需求。介绍了本研究领域内发展辐射磁流体数值模拟的策略。     

基于磁流体力学模拟的太阳高能粒子物理模式研究进展

太阳高能粒子(SEP)事件是一类重要的空间天气灾害性事件,其数值预报研究在空间天气预报研究中占有很重要的地位。SEP事件主要包括3种类型:与太阳耀斑爆发相关联的脉冲型事件,与日冕物质抛射驱动的激波相关联的缓变型事件,以及同时具有缓变型和脉冲型事件特征的混合型事件。其中,缓变型SEP事件持续时间较长并且高能粒子强度较大,对这类事件的模拟是当前研究的难点。目前针对缓变型SEP事件的模拟工作业已发展了多个理论和数值模型。每个模型都对SEP加速和传播的复杂过程作了基本的假设,这些模型的模拟结果能够部分重现观测到的SEP事件特征。而若要提高预报SEP事件的能力,则需要将描述三维日冕物质抛射驱动的激波模型与描述高能粒子在行星际空间中的加速和传输的模型耦合起来,建立基于接近真实的SEP加速和传播的三维太阳风背景模拟及以激波参数为输入的SEP模型。主要回顾了缓变型SEP事件中粒子的加速和传输方面的研究进展,以及可用于获取CME激波传播参数的磁流体力学太阳风模型研究现状;综述了缓变型SEP事件的激波一粒子模型(shock-and-particle model);最后对未来工作进行了讨论和展望。     

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.     

中尺度磁绳结构的行星际观测

由磁绳结构主导、平均尺度约二、三十个小时的行星际磁云是日冕物质抛射在行星际膨胀、传播的体现。最近，Moldwin等人报道在太阳风中还观测到一些尺度在几十分钟的小尺度磁绳结构，并认为太阳风中的磁绳结构在尺度分布上可能具有双峰特征，在全面检视了WIND卫星(1995年-2000年)和ACE卫星(1998年-2000年)的观测资料后，发现了在行星际太阳风中一些尺度为几个小时的中尺度磁绳结构，利用初步整理的其中28个中尺度磁绳结构事件，认为太阳风中的磁绳结构在尺度分布上可能是连续的，这对行星际太阳风中磁绳结构物理起源的研究可能提出重要的物理限制。     

电离层与电波传播路径

电离层从猜想到证实完全是无线电技术发展的结果。通过地面无线电探测和火箭、卫星的空间探测、证实了Ｃｈａｐｍａｎ的理论。由于太阳紫外线，Ｘ射线辐射致使高空上层大气电离。电离层介质是电子、正负离子和中性粒子全体的混合物。它们构成了地磁场中磁离子介质。本文根据磁离子理论，研究了电离层中等离子体的频率特性，从而解释了Ｄ、Ｅ、Ｆ１和Ｆ２层的电波反射特性。最后计算了陕西天文台至云南天文台电离层波导的传播时延，获得了有意义的结果。     

日球层电流片的构形及其成因

日球层电流片的存在已被普遍接受。关于行星际日球层电流片的构形及其成因,即它是日冕高度上日球层电流片在行星际空间的简单延伸还是行星际动力学演化的结果,目前看法尚不一致.本文首先分析日球层电流片的瞬时形态(一个太阳自转周这样的时间尺度上)和平均形态(大于半年这样的时间尺度上),然后提出一个日球层磁合成模式,尝试解释瞬时和平均构形的形成。     

γ射线暴X射线耀发的研究进展

γ射线暴是宇宙中恒星尺度的最剧烈爆发现象。γ射线暴瞬时辐射结束后,进入余辉辐射阶段。X射线耀发是γ射线暴X射线辐射衰减过程中出现的短时标闪耀现象。X射线耀发的脉冲轮廓具有不对称性,其上升时标小于下降时标。在部分γ射线暴中,X射线耀发的亮度达到瞬时辐射的亮度。X射线耀发的持续时间与峰值时间具有线性关系。X射线耀发的光谱比X射线余辉的光谱硬。早期X射线耀发与晚期X射线耀发相比,其脉冲轮廓较窄,光谱较硬。X射线耀发产生的物理过程类似于γ射线暴瞬时辐射的物理过程。在火球(fireball)模型中,内部壳层之间发生碰撞,产生的内激波加速电子,电子的同步辐射产生X射线耀发。当火球扫过星际介质,外激波加速电子时,电子的同步辐射也可产生X射线耀发。在光球(photospere)模型中,能量耗散发生在光学厚的区域,热辐射的光谱峰值落在X射线能段附近,γ射线暴的喷流在光球半径处会产生X射线耀发。如果射线暴喷流由坡印亭能流主导,喷流就会与星际介质相互作用,磁场的不稳定性使磁场发生耗散,产生的能量形成X射线耀发。γ射线暴的喷流具有几何效应。一部分同步辐射可能发生在喷流辐射面的高纬度处。由于曲率效应(curvature effect),各向异性辐射与各向同性辐射相比,X射线耀发的峰值出现较晚。此外,在γ射线暴发生后,黑洞会间歇性地吸积外部介质。在吸积过程中,黑洞周围的磁场会调节吸积的速率和喷流中的能量,这是出现多个X射线耀发的原因。     

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。