太阳和太阳系等离子体研究专辑:序言

宇宙中超过99.9%的可见物质处于等离子体状态,等离子天体物理是天体物理的重要分支,为理解天体系统的形成、演化及爆发现象提供着重要的理论基础.专辑通过14篇文章系统介绍了中国科学院紫金山天文台等离子天体物理团队在太阳和太阳系等离子体方面的研究成果,希望能帮助读者全面了解太阳与日球等离子体物理研究的重要进展及存在的问题.     

火星上游离子回旋波的观测研究

离子回旋波(Ion Cyclotron Wave, ICW)是指频率接近离子回旋频率的一种等离子体波,它在火星上游广泛存在,卫星观测到的频率多在质子回旋频率附近. ICW是拾起离子时的副产物,成为新生行星质子存在的间接标志.火星上游ICW自1990年首次报道以来,受到广泛的关注.总结了火星上游ICW的研究进展,包括ICW事件的观测、ICW的产生机制、统计性质以及将来的研究趋势.     

太阳射电爆发现象中的电子回旋脉泽辐射

太阳射电爆发(Solar Radio Burst, SRB)是太阳高能电子与背景等离子体相互作用产生的感应辐射现象,其多样的动力学谱类型及其复杂的精细结构反映了辐射源区磁等离子体结构状态丰富的物理信息,而相关辐射机制则是解读相关物理信息的关键工具.长期以来,在SRB辐射机制的研究中一直存在着争议不决的两种主要机制,即等离子体辐射机制和电子回旋脉泽(Electron Cyclotron Maser, ECM)辐射机制.近年来,针对传统的ECM辐射机制应用到SRB现象时遇到的一些主要困难,发展了由幂律谱电子低能截止驱动和包含快电子束自生阿尔文波效应的新型ECM驱动模型,并成功应用于解释各类不同SRB动力学谱的形成机制.基于这些新型的ECM辐射模型,系统地总结了ECM辐射机制在各种不同类型SRB现象中的应用,并对它们不同动力学谱结构的形成给出了一致统一的物理解释.     

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.     

空间等离子体中相干射电辐射过程的粒子模拟研究

射电辐射机制,尤其是射电暴发现象的相干辐射机制,是天体物理中最复杂、争议最多的电磁辐射机制.由于受到多重物理因素相互牵连的复杂影响,相干射电辐射机制的理论研究存在很大的难度,长期以来在等离子体辐射和电子回旋脉泽辐射这两类相干辐射机制间争议一直不断.近年来,人们开始尝试将粒子数值模拟方法应用于相干射电辐射机制的研究,并已经取得了一些积极的进展.本文将着重介绍近年来的粒子模拟研究工作及其取得的主要进展,并对现存的一些问题和困难进行简要评述.     

Chaos-induced resistivity in different magnetic configurations

It is widely believed that magnetic reconnection plays an important role in various eruptive phenomena of space and astrophysical plasmas.The mechanism of anomalous resistivity,however,has been an open and unsolved problem.The chaos-induced resistivity proposed by Yoshida et al.is one of possible mechanisms for anomalous resistivity.By use of the test particle simulation,the present work studies the chaos-induced resistivity for different configurations of reconnection magnetic fields and its distribution in different chaos regions of reconnection current sheets.The results show that the chaos-induced resistivity can be 6-7 orders of magnitude higher than the classical Spitzer resistivity in the X-type chaos regions and 5 orders of magnitude in the O-type chaos regions.Moreover,in the X-type chaos regions the chaosinduced resistivity of the magnetized case is higher by a factor of 2 to 3 times than that of the unmagnetized case,but in the O-type chaos regions the chaos-induced resistivity of the magnetized case is close to or lower than that of the unmagnetized case.The present work is helpful to the understanding of the dynamics of reconnection current sheets,especially of the generation mechanism of the anomalous resistivity of collisionless reconnection regions.     

通过建立自然坐标系确定磁云边界方法的探讨

通常卫星探测到的关于行星际空间磁场的数据都是在GSE坐标系(地心太阳黄道坐标系)里表示出来的．磁云是行星际日冕物质抛射事件的一个重要子集,它们的边界认证一直是磁云研究中感兴趣的问题之一．通过讨论坐标系转换确定磁云边界的方法,由磁云的磁通量管特征建立磁云自然坐标系,然后把行星际空间的磁场转换到磁云自然坐标系里．在磁云自然坐标系里磁云作为一个磁通量管的结构能够清晰地显示出来．结合磁云的等离子体特征就可以比较容易地把磁云和背景太阳风分辨出来,即确定了磁云的边界．     

提高双曲拱坝测设精度的简易方法

着重研究改变量距方法的偏角方法测设拱圈曲线,减少了误差的积累,提高了双曲拱坝的测设精度,加快了测设的速度。它的计算简便,能达到较高的精度,是一种简易的测设方法,宜在工程建筑中使用。     

电子回旋脉泽不稳定性驱动的太阳射电辐射机制

在解释天体爆发过程中的短时标相干射电辐射现象方面,非热电子驱动的回旋脉泽辐射得到了广泛应用.在以往的研究中,一个关键条件是非热电子具有各向异性速度分布,从而有效激发回旋脉泽不稳定性.然而,观测显示太阳和其他天体的非热电子经常呈现负幂律谱形式的能量分布.非热电子的这种负幂律能谱特征会严重抑制回旋脉泽不稳定性放大率,因此,进一步研究非热电子的负幂律能谱分布行为,能拓宽电子回旋脉泽辐射机制的适用性,很好地发展天体射电辐射机制理论.最近研究结果显示,负幂律谱电子的低能截止行为可以有效地激发电子回旋脉泽辐射,从而拓宽了其在天体物理研究中的应用范围.     

非磁化吸积盘中的粘滞性和朗缪尔波湍动应力

粘滞性问题一直是吸积盘理论中十分重要而又难以解决的一个基本理论问题．最近,Balbus和Hawley建议在磁化吸积盘中存在一种局域的磁流体剪切不稳定性机制,它能导致磁化吸积盘中有效的角动量转移,从而可以部分地解决磁化吸积盘中的粘滞性问题．但是Balbus－Hawley机制对非磁化吸积盘仍然是无效的．在本文中,我们研究了一种非磁化吸积盘模型,其中粘滞性机制起源于等离子体朗缪尔波湍动应力,并与标准a吸积盘模型中起源于流体或磁流体湍流的雷诺应力的粘滞性机制进行了比较．结果表明等离子体朗缪尔波湍动应力不仅对非磁化吸积盘中粘滞性的起源有重要的贡献,而且有可能是比流体湍流或磁流体湍流的雷诺应力更加有效的粘滞性起源的物理机制．