2003年10月与11月两次主要日冕物质抛射事件的空间天气效应比较(英文)

研究了分别发生在2003年10月28日和2003年11月18日的两次相似的强烈日冕物质抛射(CME)事件.通过比较这两次CME事件以及它们的行星际响应,分析了其伴随的两种主要空间天气效应:太阳高能粒子事件和地磁暴.这两次CME事件均伴随有一个强耀斑和一次暗条爆发,并且之前都有一个较弱的CME从同一源区产生.第一个CME事件引起了一次极大的太阳高能粒子事件,而第二个则没有引起明显的太阳高能粒子事件.这两次CME事件均引起了大的地磁暴,且第二个CME所引起的地磁暴比第一个CME所引起的地磁暴更强.通过比较分析这两次CME事件,以及与之相关的活动现象和对应的行星际磁云(MC),讨论了这两次CME引起不同空间天气效应的原因:形成不同强度的太阳高能粒子事件在于CME爆发过程中的能量释放率在这两次事件中显著不同,而地磁暴强度的差异则是由行星际MC轴的方向以及MC经过地球时的相对位置不同造成的.

地球弓激波的旋转非对称性

通过对太阳风-磁层-电离层系统的全球MHD模拟,研究地球弓激波相对日地连线的旋转非对称性.模拟限于太阳风速度沿日地连线、地球磁偶极矩和行星际磁场(IMF)与日地连线垂直的简单情况.模拟结果表明,即便对于IMF强度为零的情况,弓激波相对日地连线也不具备旋转对称性质:终端面(晨昏子午面)及其向阳侧的弓激波截线的东西宽度大于南北宽度(约9%～11%),终端面尾侧的弓激波截线东西宽度小于南北宽度(约8%).在存在IMF的情况下,弓激波的位形同时受到磁层顶的形状和快磁声波速度各向异性的影响.磁层顶向外扩张并沿IMF方向拉伸,且其扩张和拉伸程度随IMF由北转南而增强.在磁鞘中,垂直于磁场方向的快磁声波速度高于平行方向.因此,磁层顶拉伸方向与快磁声波速度最大方向垂直,它们对弓激波位置的效应恰好相反;弓激波的最终形状取决于何种效应占据主导地位.对于终端面尾侧,快磁声波速度的各向异性起主导作用,弓激波截线沿IMF垂直方向的宽度大于平行方向.对于终端面及其向阳侧,弓激波截线的形状与IMF取向有关:在准北向或晨昏向IMF情况下,弓激波截线沿IMF垂直方向的宽度仍大于平行方向;在准南向IMF情况下,弓激波截线沿IMF垂直方向的宽度小于平行方向的.鉴于弓激波形状同IMF取向之间的密切关系,我们提议以IMF为基准方向,提取弓激波截线的平行半宽度R_b_∥垂直半宽度R_b_⊥作为尺度参数.这些尺度参数和通常引入的弓激波截线的东西半宽度y_b和南北半宽度z_b相比,更为合理地表征了弓激波的几何性质.模拟结果表明,在终端面上,y_b/z_b和R_b_∥/R_b_⊥在IMF各向同性取向下的统计平均值均低于1,与观测得到的结论一致.

垂直无碰撞激波的离子加速机制

利用一维全粒子模拟得到的垂直无碰撞激波的位形,通过试验粒子方法研究了不同初始能量粒子的激波加速机制.将与激波相互作用的离子分成反射和直接穿过两类,发现只有被激波反射的离子可被激波明显加速,其中初始能量较小的反射离子通过激波冲浪机制加速,而初始能量较大的离子通过激波漂移加速机制加速.同时激波厚度还对离子被加速过程有重要影响.

不对称导致的土卫六尾迹的偏转

旅行者1号和卡西尼飞船都与土卫六近距离相遇过,它们探测到了离子在土卫六尾迹的向土星侧和背土星侧分布不对称.本文将通过一个简单的模型来模拟在土卫六外逸层中产生的离子轨迹.结果说明了重离子有与土卫六半径相当的回旋半径,但是轻离子的回旋半径并没有这么大.由于有限回旋半径效应,向土星侧的大部分重离子被土卫六大气层吸收,所以在土卫六尾迹两边的离子密度是不对称的.这个不对称使尾迹处于不平衡的状态,并偏离共转方向.通过力学平衡,可以发现尾迹偏离共转方向朝土星偏转约19°.这与旅行者1号的观测是一致的.

日冕物质抛射的磁绳正演法及源区投影修正方法的讨论

利用磁绳正演法(forward modeling)研究了2007—2008年STEREO卫星观测到的21个结构清晰的日冕物质抛射(CME)事件,得到这些CME事件在三维空间的运动速度;与根据STEREO A星和B星观测速度进行源区投影修正得到的结果进行比较,发现这种源区投影修正方法存在很大的局限性.统计结果表明,当CME源区在日面上的日心角距(CME源区和日心连线与观测点和日心连线的夹角)大于50°时,修正速度与三维速度之间的差别不大;当日心角距小于这个值时,修正速度与三维速度差别明显,尤其对于小日心角距,相差甚大.统计结果还表明,当日心角距大于65°时,A星和B星得到的投影速度与三维速度相近,投影速度可以作为CME的三维速度.

磁云膨胀速度对无力场磁通量管模型拟合结果的影响

为了考察磁云膨胀速度对磁通量管模型拟合结果的影响,选取了1998—2003年中15次引起了较大地磁暴(Dst_(min)＜-50nT)的典型磁云事件进行了拟合.与未考虑膨胀速度模型的拟合结果比较,膨胀速度的引入能较好地改善拟合结果,与观测数据的偏差最大能减小30%,并且拟合所得的膨胀速度基本符合统计规律.这个结果说明膨胀的磁通量管模型能更好地反映实际观测的磁云.同时,初步分析了考虑膨胀速度前后磁云各拟合参数的变化.

存在初始引导场情况下的无碰撞磁场重联

采用二维三分量的全粒子模拟方法研究了不同初始引导场情况下的无碰撞磁场重联及初态为一维的Harris电流片．结果表明,B_(z0)＞0．5B_0的强引导场不仅会显著改变粒子的运动轨迹,而且会改变重联区附近的电场和流场结构,从而影响重联率和电子加速．运用广义欧姆定律解释了不同引导场下电场的结构特征．另外,通过对扩散区附近束流电子的跟踪研究发现,在二维模型中,不论引导场强弱,位于扩散区中心垂直模拟平面的感应电场对电子加速起主要作用,而扩散区外平面电场的贡献很小．

无碰撞磁场重联中的电子密度空穴和B_y的四极型分布

在无碰撞磁场重联中,在分离线的区域的磁压远大于X点附近的磁压,由此产生了沿着分离线流向X点的电子束流,这些电子在X点被加速后,又沿着靠近分离线内侧的磁力线流出重联区.一般认为这样的电流体系产生了垂直于重联面的霍尔磁场的四极型分布,而且分离线附近区域电子密度会降低.通过二维粒子模拟方法研究了无引导场时的无碰撞磁场重联,证实了这样的电流体系.并且发现四极型磁场的峰值区较分离线(即电子密度的极小区)更加靠近电流片内侧,同时Cluster卫星簇的观测资料也证实了这一现象.