磁场重联中电子加速问题的物理分析和数值研究

观测表明耀斑中电子加速发生在软X射线耀斑环上方的磁重联区域.在重联电流片中被super-Dreicer电场直接加速似乎是产生能量在10keV～10MeV之间高能电子的最直接的方式.本文的结果证明纵向电磁场可以有效地将电子“锁”在重联电流片上,使得横向电场得以直接加速电子.对于解释产生相对论性粒子的脉冲式耀斑,这可能是一个有效的机制.     

通量传输事件磁场的理论计算及其与观测的比较

根据涡旋诱发重联理论,对通量传输事件（FTEs）磁场分布特性作了计算.结果表明,卫星测到的FTEs的不同磁场分布形态,是取决于通量管的运动方向及卫星穿越通量管的部位.在北半球,当通量管由低纬向高纬（由南向北）直向运动时,不论卫星通过什么部位,绝大多数情况下观测到先正后负的B_x,变化（即正FTE）,个别部位观测到先负后正的B_x变化（即反FTE）;B_z是单峰分布形式,表现为V型、倒V型或是U型和倒U型.当通量管在x方向有正或负速度分量即斜向运动时,大部分部位测到的B_x呈不规则变化,B_z表现为双极分布.与61个FTEs的观测实例作了对比,理论计算与观测符合得较好.     

涡旋诱发重联模型（Ⅰ）——动力学特性

本文首先从理论上系统地研究了涡旋诱发重联的基本动力学特性.包括:涡旋诱发重联的物理机制;Kelvin-Helmholtz（K-H）不稳定性和撕裂模不稳定性耦合过程;磁流体涡管的基本特性;不同尺度涡旋间的相互作用,动能和磁能间的转化及准稳态时流线、磁力线、等涡度线和等电流密度线的相似性等.用二维MHD数值模拟方法研究了上述一些特性,并与理论分析结论进行了比较.结果表明,模拟结果证实了理论推论.涡旋诱发重联是产生局部磁场重联的重要机制之一,该模型在磁顶区的应用将另文发表.     

磁层顶磁岛结构及其非线性行为

解析研究了磁层顶磁岛结构时间演化的非线性过程;推导出磁岛宽度的解析式和磁岛发生分叉、混沌的条件;论证了磁重联生成的磁岛有不稳定平衡结构,外扰作用会破坏该结构,使磁岛出现突变和混沌;说明了中小尺度太阳风脉动易使磁岛破碎,导致磁场湍动重联,形成小尺度结构．     

无碰撞重联区中的混沌感应电阻

无碰撞磁场重联作为一种将磁能有效转化为等离子体动能和热能的机制,已经被广泛应用于解释太阳耀斑、地球磁暴等各类等离子体的爆发活动.然而,在无碰撞重联区中反常电阻的微观物理机制仍然是尚未解决的基本问题.在众多反常电阻的形成机制中,基于磁零点附近粒子轨道混沌性产生的混沌感应电阻,虽然不是最普遍流行的形成机制,但它的微观物理图像却是最为清晰的.回顾了无碰撞重联区中混沌感应电阻的早期研究和基本理论模型,介绍了关于混沌感应电阻研究的新进展并阐述了混沌感应电阻未来的研究方向.     

亚暴事件中磁尾多重等离子体团的数值研究（Ⅰ）

GEOTAIL卫星于1994年1月15日亚暴期间,在深磁尾（x＝96RE）观测到多重等离子体团及与之相对应的高能离子爆,作者以宁静磁尾平衡位形为初态,考虑介质的可压缩性,数值研究亚暴期间磁尾动力学过程．计算结果展现了等离子体团间歇性形成及其运动发展过程．体现了强亚暴事件中储存于碰尾的能量,通过多重等离子体团的排放而逐渐释放的进程．数值结果还表明：持续施加于边界上的晨昏电场及由此引发的驱动重联是导致等离子体团准周期形成的主要因素．此外,作者还考察尾瓣内任一点磁场强度及其分量随时间的演化,它与行进压缩区（TCRs）的观测特征基本相符．     

磁云传播的动力学演化过程研究进展

磁云因其独特的磁场结构经常是重大灾害性空间天气的驱动源. 近来从磁云的边界层结构、环向通量、大尺度结构等方面关于磁云传播的动力学演化过程的研究取得了一些进展. 在磁云边界存在一个由于磁场重联而形成的边界层结构. 在磁云传播过程中, 这种发生在边界处的磁场重联可能会把磁云的磁场剥蚀掉, 进而引起其磁通量绳结构环向通量的减少以及不对称. 在磁云内部, 经常会观测到多个子通量绳结构. 这些特性各异的子通量绳可以通过磁场重联而合并, 进而引起磁云磁结构的改变. 关于磁云大尺度磁场拓扑位形的演化机制, 除了较早提出的交换重联外, 目前的研究表明在行星际空间中, 磁云边界处的重联过程也可以将磁云闭合或半开放的磁场线打开或断开. 尽管在相关研究中已经取得了较大进展, 但关于磁云传播的动力学演化过程还有许多问题尚不清楚. 在行星际小尺度磁通量绳边界也发现了边界层结构, 那么磁云是否会因剥蚀而成为小尺度通量绳? 磁云内子通量绳结构在相互作用中会不会引起某些不稳定性而导致整个通量绳系统的崩溃? 这些问题的解决还有待于进一步的理论、观测和数值模拟研究.     

磁场重联中离子轨道的混合模拟研究

在使用2.5维混合模拟方法研究了Petschek模型稳态驱动磁场 重联演化的基础上， 本文考察了计算域内各典型区域中粒子分布函数的变化，描绘了重联区不同位置几种类型的 非Maxwell分布函数. 结果表明，磁场重联会将重联区少部分粒子加速到很高的能量，不同 加速程度的粒子将形成球壳状的速度分布. 粒子的轨道特征表明，在重联区中出流的粒子， 有一部分被磁镜捕获，其回旋半径大于重联区宽度，并构成整个流体速度的低速部分. 另外 ，在X中性点附近进入重联区的粒子沿磁力线向出流区以三种形式漂移，分别为：沿磁力线 逃逸、捕获在磁镜中随流体运动、横越磁力线漂移，其比例分别约为70%，20%和10%。     

Imaging Observations of Quasi-Periodic Pulsatory Nonthermal Emission in Two-Ribbon Solar Flares

Using RHESSI and some auxiliary observations we examine possible connections between the spatial and temporal structure of nonthermal hard X-ray (HXR) emission sources from the two-ribbon flares of 29 May 2003 and 19 January 2005. In each of these events quasi-periodic pulsations (QPP) with time period of 1 – 3 minutes are evident in both hard X rays and microwaves. The sources of nonthermal HXR emission are situated mainly at the footpoints of the flare arcade loops observed by TRACE and the SOHO/EIT instrument in the EUV range. At least one of the sources moves systematically during and after the QPP phase in each flare. The sources move predominantly parallel to the magnetic inversion line during the 29 May flare and along flare ribbons during the QPP phase of both flares. By contrast, the sources start to show movement perpendicular to the flare ribbons with velocity comparable to that along the ribbons’ movement after the QPP phase. The sources of each pulse are localized in distinct parts of the ribbon during the QPP phase. The measured velocity of the sources and the estimated energy release rate do not correlate well with the flux of the HXR emission calculated from these sources. The sources of microwaves and thermal HXRs are situated near the apex of the flare loop arcade and are not stationary either. Almost all of the QPP as well as some pulses of nonthermal HXR emission during the post-QPP phase reveal soft – hard – soft spectral behavior, indicating separate acts of electron acceleration and injection. In our opinion at least two different flare scenarios based on the Nakariakov et al. (2006, Astron. Astrophys. 452, 343) model and on the idea of current-carrying loop coalescence are suitable for interpreting the observations. However, it is currently not possible to choose between them owing to observational limitations.