一种外日球层拾起离子探测器的设计与仿真

针对外日球层低速、低密度、低温的拾起离子(PUIs)的高分辨探测需求,以带顶盖超环面静电分析器、阻滞势分析器和线性场飞行时间系统为基础设计了一种新型高分辨拾起离子探测器。经过有限元仿真分析,探测器可实现离子(氢)的速度范围15.7~1072.2 km/s,密度范围0.0001~100 cm^(-3),温度高于474.9 K的探测,同时可实现典型拾起离子(氢、氦、碳、氮、氧、氖)的成分分辨,质谱分辨率(M/ΔM)大于40。

火星磁鞘区反射拾起氧离子事件分析

火星逃逸层中性成分经光致电离、电荷交换和电子碰撞产生新生离子,新生离子随即被太阳风和火星磁鞘电磁场拾起,称为“拾起”离子.已有观测表明拾起氧离子(O^(+))在朝向火星沉降途中会被反射,但发生反射的空间位置和反射机制尚不十分明确.若反射离子持续进入探测器,将为我们追踪反射发生的空间位置提供重要机遇.本文将报道这样一个观测实例,2016年9月25日04∶18∶30—04∶24∶54 UT期间,火星大气和挥发物演化任务(Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN,MAVEN)运行在-E半球(对流电场E指向火星)的磁鞘区,轨道高度逐渐降低,持续观测到背离火星运动的O^(+)(10^(3)~10^(4)eV)束流,即正在反射的拾起O^(+).反射拾起O^(+)大致可分为两部分:相空间密度较高、能量较低的部分是由磁鞘拾起O^(+)被反射后形成;相空间密度较低、能量较高的部分则源于太阳风拾起O^(+)发生反射后形成.我们推断反射发生在感应磁层边界附近的强磁场区域.

火星上游空间拾起离子的产生及其运动特征

火星引力小且无内禀磁场,外逸层可以延伸至弓激波之外,与太阳风直接作用.外逸层中的中性粒子在太阳紫外光的作用下光致电离,或与太阳风相互作用,通过电子碰撞和电荷交换产生离子.新生离子立即被行星际磁场捕获而成为拾起离子.火星上游空间拾起离子在电离瞬间被太阳风对流电场加速,进而受到洛伦兹力作用绕磁场作回旋运动,运动轨迹呈现摆线,对应的相空间速度分布为环束分布.拾起离子与背景太阳风等离子体相互作用可激发等离子体波动.拾起离子在运动过程中,还可能被加速与反射.本文简要介绍有关火星上游空间拾起离子的一些研究进展,重点关注拾起离子的产生机制、运动轨迹和反射与加速.

“嫦娥一号”卫星观测近月太阳风离子特征(英文)

"嫦娥一号"卫星的太阳风离子探测器(SWIDs)的科学目标是研究太阳风与月球的相互作用以及相应的近月空间等离子体环境。文章利用"嫦娥一号"卫星SWIDs探测器在2007年12月30日的观测数据对近月太阳风等离子体环境,包括向阳侧太阳风离子、"拾起"离子以及在月球尾迹边界处的太阳风离子的特征进行分析,得到以下主要观测结果:1)在慢速太阳风中观测到双峰结构,分别为太阳风中的氢离子和二价氦离子;2)在行星际磁场具有明显昏向(+By)分量期间,在月球向阳侧持续观测到有月表散射或反射后被拾起的太阳风离子;3)与入射的太阳风离子不同,这些拾起的太阳风离子具有明显的角度分布特征;4)在行星际磁场昏向(晨向)期间,太阳风中的氢离子在月球尾迹北半球的边界处呈现减速(加速)特征并进入尾迹;而并未发现氦离子进入尾迹的特征。"嫦娥一号"卫星的这些观测数据对于认识近月空间等离子体环境有着重要的意义。

太阳风与彗星相互作用

彗星是太阳系中一类形状不规则的小天体,主要由可挥发物质组成.在彗星接近太阳的过程中,彗核中挥发物被加热释放的中性成分在光致电离、电荷交换和电子碰撞过程后带电,并在太阳风的作用下形成射线状的等离子体彗尾.另一方面,源自彗星的中性成分带电后,将被太阳风携带,称为拾起离子.这些拾起离子多为比H+更重的水族离子(H_(2)O^(+)、O^(+)),因此,在拾起或称质量加载过程中,动量守恒导致太阳风被减速.太阳风等离子体携带的行星际磁场也将在彗核周围堆积.同时,由于太阳风速度方向和行星际磁场方向的夹角,拾起离子的速度分布呈现束流、环状分布.拾起离子与太阳风离子可能通过离子-离子不稳定性激发波动,进而贡献湍流的演化.彗星中性成分和太阳风等离子体在电荷交换过程中还将辐射X射线和极紫外辐射,为通过谱线强度分析确定太阳风的成分和状态提供了可能.研究彗星活动及其与太阳风的相互作用,对于了解彗星物质组成和结构动力学、日球层太阳风的改造演化、太阳系中有机物乃至生命起源,都有重要的意义.本文从原位探测、遥感观测、理论模拟的三个角度回顾了太阳风与彗星相互作用的研究进展,并对未来的研究发展趋势进行展望.在原位探测上,本文介绍了哈雷彗星和彗星67P/Churyumov-Gerasimenko的相关观测,比较了不同彗星活动性下,彗星与太阳风的相互作用过程.在遥感观测上,本文介绍了PSP携带的WISPR白光成像仪和SOHO/LASCO C2对低活动性彗星322P的观测.在理论模拟中,我们介绍了对前述观测的数值模拟验证工作,以及掠日彗星在近日点附近与太阳风相互作用的相关模拟工作.对于日心距离不同、气体活动性不同、探测器容易或不易到达等彗星,我们认为数值模拟、局地观测、地基及空基的遥感观测等多种手段的结合能够更有效率、更加全面地了解彗星与太阳风相互作用过程.我们认为通过相互作用的机理和效应的研究,将有助于诊断日冕及日球层太阳风的状态,认识彗星等太阳系小天体的演化历史和将来命运.