2001年9月15日Cluster卫星对电流片的观测研究

2001年9月15日0430-0515 UT期间, Cluster卫星多次穿越磁尾电流片．由FGM、CIS等仪器获得了电流片磁场,粒子速度等数据变化情况,并得到了磁尾高速流的两次明显反转．本文采用GSM坐标系．利用求磁场空间梯度张量的方法获得了越尾电流,其电流密度的峰值为28 nA/m2．并对电流片在垂直方向上的摆动和在晨昏方向的波动现象进行了分析．数据显示此时电流片为薄电流片并有一个变薄的趋势,其厚度大约为0．2-0．3．Re．磁场重联时地向流与尾向流均超过了1000km/s,并测得了电流片的法线方向和运动速度, 从而得到了磁尾电流片的结构和运动情况．

在耀斑-日球电流片坐标系中——研究耀斑-激波相应地磁扰动的分布特征(Ⅱ)

本文采用一种新的坐标系——耀斑-日球电流片坐标系,对1966—1982年间由耀斑-激波所引起的277个耀斑-地磁扰动事件进行了分析.初步结果是:1.耀斑-地磁扰动事件在该坐标系中相对日球电流片的随机分布呈高斯分布,极大值在电流片附近;2.当地球和耀斑位于日球电流片同侧时,地磁扰动事件频次远高于异侧;3.地磁扰动强弱在该坐标系中的分布,亦呈现了同侧高于异侧,且极大值多在日球电流片附近;4.耀斑-激波能流密度ρ_2V_2~3及其跃变量ρ_2V_2~3-ρ_1V_1~3在该坐标系中具有十分类似于相应磁扰水平的分布,其离散程度后者略大于前者. 根据本文的结果可以看出,对耀斑-地磁扰动研究来说,近太阳日球电流片的存在是一个重要的特征面,它对耀斑-地磁扰动的产生和强弱水平有重要影响,使太阳耀斑活动与地磁活动效应之间的对应关系变得复杂化了.

无碰撞电流片哨声波不稳定性

通过数值求解文献[4]中物理模型A得到的一般形式的色散关系,讨论了无碰撞电流片低频波不稳定性问题.结果表明,哨声波能被无碰撞电流片直接激发.在中性片上(z/di=0),在较宽的波数范围内,斜哨声波是可以传播的,但它基本上是稳定的.在离子惯性区内(z/di<1,电子惯性区外),斜传播的哨声波是不稳定的.在离子惯性区边缘(z/di=1),斜传播的哨声波仍然是不稳定的,增长率更大,不稳定的波频率范围更高.此外,朝向中性片方向传播(kzdi<0)的哨声波比离开中性片方向传播(kzdi>0)的哨声波有更大的增长率.

在耀斑-电流片坐标系中——研究耀斑-激波的传播特性(Ⅰ)

本文提出一种用于研究太阳瞬变扰动在日球空间传播的新坐标系——瞬变源-日球电流片坐标系,并运用该坐标系以瞬变源耀斑为例,分析研究了由地球近空飞船观测到的277个耀斑-激波事件,发现:1.引起行星际激波和地球物理事件的大耀斑(H_α≥2,持续时间>半小时)的频数在耀斑-日球电流片坐标系中呈高斯分布,极值在电流片附近,那种在日面坐标系中随日面纬度呈双峰形的分布看不到了;2.当地球观测者和耀斑位于日球电流片同侧时,耀斑事件频次明显高于它们分处不同侧时的情形;3.激波参数(速度、磁场、密度和温度)呈现了同侧高于异侧,强激波多在同侧观测到;4.激波沿日球电流片方向的传播具有一定优势.上述结果表明,日球电流片的存在对瞬变扰动,如耀斑-激波在日球空间,特别是近太阳的传播可能具有重要影响.

基于电流片模型的永磁推力轴承优化设计

为便于永磁推力轴承的优化设计,利用基于电流片模型的永磁推力轴承推力解析算法,给出了适合单对和多对同轴磁环或磁块阵列的简明磁力解析表达式。经有限元分析软件验证该解析算法的准确性后,对永磁推力轴承的推力特性进行了进一步的分析。然后以轴向推力为优化目标,得到了可作为优化设计的相关依据,继而提出了一种含有交替充磁方向永磁环的交错式永磁推力轴承结构。最终在前述工作基础上,完成了交错式永磁推力轴承样机的设计与制造,并在一个飞轮储能系统的测试平台上对其进行了部分实验研究。

太阳爆发过程中的大尺度磁重联电流片:理论和观测

从理论和观测两个方面来介绍和讨论出现在太阳爆发过程中的磁重联电流片及其物理本质和动力学特征。首先介绍在理论研究和理论模型中,磁重联电流片是如何在爆发磁结构当中形成并发展的,对观测研究有什么指导意义。然后介绍观测工作是从哪几个方面对理论模型预测的电流片进行证认和研究的。第三,将介绍观测研究给出了哪些过去所没有能够预期的结果,这些结果对深入研究耀斑一CME电流片以及其中的磁重联过程的理论工作有什么重要的、挑战性的意义。第四,讨论最新的与此有关的理论研究和数值实验。最后,对未来的研究方向和重要课题进行综述和展望。

伴随着高速流的磁尾电流片拍动观测研究

磁尾电流片在磁尾动力学过程中起着重要作用.卫星观测表明磁尾电流片经常处于拍动状态.但磁尾电流片拍动的特性和产生机制至今仍然没有被完全弄清楚.本文主要利用欧洲空间局Cluster卫星数据,研究一个伴随高速离子流的电流片拍动事件.该电流片拍动事件具有很强的周期性.拍动的周期约是2min,磁场振荡幅度约为20nT.能量电子和离子的通量具有周期性增强和减弱的特征.电流密度X和Y分量也具有周期性的振荡,并且振荡周期与磁场振荡周期一致.通过对粒子流速矢量与电流矢量的分析,发现粒子运动具有涡旋的特征.因此可以推断,该磁尾电流片的拍动不是由磁尾等离子体片高速流产生的,而是与局地等离子体不稳定性有关.

磁尾电流片撕裂模时间演化的非线性性态

本文运用摄动法解析地研究了磁尾电流片平板模型非线性撕裂模的时间演化及与晨昏电场的相互作用.结果表明,撕裂模的非线性时间演化最终会形成磁岛,磁岛宽度与扰动增长率的四次方根成正比;在扰动晨昏电场的作用下,磁岛宽度可发生尖点突变,尖点突变临界值所对应的晨昏电场扰动幅值约为5mV/m,这与磁亚暴发生时晨昏电场的幅值对应.

磁尾电流片结构分析——Matlab Web Server在空间虚拟实验室构建中的应用

基于Matlab Web Server和WWW构建了空间虚拟实验室(VLSP),并简单介绍了数据分析系统。通过一个具体的电流片结构分析事例阐述了电流片结构分析模块的具体实现。应用该系统具体分析了2003年8月6日Cluster卫星观测到的重联耗散区附近的电流片结构。该系统具有良好的实用性和可扩展性,极大地方便了科研人员的研究工作。

二维太阳风速度结构与日球电流片

本文分析了第1733—1742Carrington周的太阳耀斑、行星际闪烁(IPS)、太阳风及K-日冕资料,对二维太阳风速度结构进行了综合研究。结果表明:速度的大尺度分布、高速区、速度梯度、经度不均匀性和边界形状等方面相对于太阳赤道面都是不对称的;通过对理想的和实际的电流片以及飞船测量的磁场和速度比较,可以看到电流片附近大体上为低速区,但不存在简单的对应关系;扰动太阳风对背景太阳风的二维速度结构有显著的影响;理想电流片与实际电流片之间也存在较大的差距。

各向异性等离子体多重电流片的演化

应用二维三分量磁流体动力学方程组模拟，数值研究了压力各向异性等离子体周期多重电流片的演化．发现在β＜＜１时，微弱的各向异性仅仅使电流片中磁场重联的速度加快．而当β≈１（即热压与磁压相当时），微弱的垂直各向异性（Ｐ┴＞Ｐ／／）不仅大大加速了磁场重联的速度，还使重联位置发生显著变化．初始反对称的磁场重联位形逐步转化为对称的磁场位形，进而再演化为与初始反相的反对称磁场位形．场向各向异性（Ｐ┴＜Ｐ／／）和强的垂直各向异性都导致不稳定性增长率成倍增加．但在场向各向异性下磁场位形基本不变，只在电流片中心出现不规则扰动．同样参数下各向异性等离子体多重电流片中磁场重联形成的磁岛比各向同性多层电流片要小．

引导场对无碰撞电流片低频电磁不稳定性的影响

通过数值求解无碰撞电流片中可压缩磁流体力学模型下得到的一般形式的色散关系,讨论了无碰撞电流片中引导场对低频电磁波不稳定性的影响.结果表明,平衡态磁场中的引导场,对于三维扰动传播的波不稳定性有很强的影响.(1)在电流片中间平面上(z=0),无引导场时,没有不稳定性发生,但若存在引导场,不稳定性便发生,并随着引导场的增强,不稳定性明显增强,不稳定的波模可能是低混杂模.(2)在中间平面附近(z=0.2),电流片是不稳定的.随着引导场的增强,不稳定性增长率明显地增强,不稳定的波模从平行和反平行两个方向传播变为反平行方向一个方向传播,并且是斜传播的,具有低频哨声模或低混杂模的特征.(3)在电流片边缘附近(z=0.8),引导场对不稳定的波模和增长率没有明显影响,不稳定的波模都是准平行的哨声波.

日冕物质抛射的中性电流片及边源辐射对

利用日本阳光卫星上的软X -射线望远镜、硬X -射线望远镜和野边山射电日像仪 1 998年 4月 2 3日观测资料 ,对软X -射线日冕物质抛射和射电Ⅳ型爆发进行了综合研究 ,获得了下列有意义的结果。在 2个磁偶极源之间发现了磁容带和少数的激活源。激活源将磁容带变成磁能带的过程 ,正是中性电流片的形成过程以及激发能量和发亮物质向它集中的过程。当 2个磁偶极源被磁能带接通时 ,则中性电流片形成 ,并且发生软X -射线日冕物质抛射。物质抛射不仅从中性电流片处升起 ,也从整个磁能带上升起。软X -射线日冕物质抛射环具有2个足点 ,它们正是 2个磁偶极源。膨胀环的头总是倾向于弱源的足点 ,因为它是来自 2个足点磁压的平衡点。因此它的轨迹是中性线 ,由中性线便可确定中性电流片的位置。最后 ,发现了磁能带上中性电流片的边源辐射对。

电流片的稳定性问题

本文从理想磁流体力学出发,分析了固结在光球层上的半圆弧形电流片的线性稳定性.主要结论是:当沿电流方向的磁场小于某临界值时,电流片将不稳定,且最先引起不稳定的扰动模沿电流方向的波数近似为电流片圆弧直径的倒数.

周期性多电流片系统中涡旋诱发重联过程的相互作用

运用二维可压缩磁流体动力学（MHD）模拟方法考察了周期性多电流片系统中涡旋诱发重联（VIR）过程的发展演化．结果表明，相邻电流片中的VIR过程发生相互作用，相距越近，作用越强烈．反对称和对称波模VIR过程的线性增长率随电流片间距的减小而分别增大和降低．当电流片间距小于某临界值时，反对称波模VIR完全被抑制．相对于对称波模VIR，反对称波模VIR过程对空间多电流片系统的发展会发挥更大作用．

电流片的自发重联与无力场──磁岛的形成

采用二维三分量磁流体力学数值模拟方法，研究了线性无力场对电流片的自发重联的影响．结果表明：电流片的背景场（无力场）对重联的拓扑位形有重要的影响，当无力场因子达到一定值时，在模拟区域内出现大范围的磁岛，磁岛厚度随时间的发展而增加，而无力场因子较小时则没有磁岛形成．当无力场因子为零时，即回到普通的位场情形的单ｘ线重联，位场情形磁场拓扑位形与Ｓｃｈｏｌａｒ的结果一致．

电流片级进模设计

某机器中的电流片 ,为大批量生产的零件 ,现有的生产方式是分 2道工序完成的 :冲孔落料和弯曲 ,这样要生产 2副模具 ,质量也难以保证、生产率低、费用也较高 ;为改善现场的这种不合理的加工现状 ,我们设计了电流片级进模。介绍该电流片的多工位级进模的冲压工艺和结构设计 ,该级进模一改原来分 2道工序完成产品加工的生产方式 ,从而使零件加工的材料利用率。

电流片的形成

采用二维三分量的耗散磁流体力学模型，对由于光球层的剪切运动引起的四极磁场内电流片的形成过程进行数值模拟．结果表明，磁分隔线在磁场的演化过程中起关键作用．电流主要在分隔面和根部剪切梯度较大的磁环中形成，其中在分隔线上最强．磁分隔线可以被拉长，形成强电流片，随着速度剪切位置的不同，电流片的形成模式也不同，既可以形成与光球层垂直的电流片，也可以形成平行的电流片．

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．

行星际电流片与激波特性的东西不对称性

采用日球赤道面二维二分量MHD模型 ,研究行星际电流片对 1AU附近激波的密度比、气压比、动压差和磁场强度比沿激波阵面分布特性的影响 .结果表明 ,只有当扰动源靠近电流片时 ,这一影响才比较显著 ,且对电流片东侧扰动源形成的激波的影响较强 .当扰动源位于电流片东 (西 )侧时 ,激波动力学参数峰值位置相对扰动源法向东 (西 )偏 ,磁场比峰值位置西偏的程度减弱 (增强 ) .电流片的上述影响与它对激波最快传播方向的偏转效应密切相关 ,而磁场强度比峰值总是西偏 ,则主要取决于行星际磁场的螺旋结构 .