土星磁层等离子体径向输运的数值模拟

本文建立了一个包含离心力效应的自洽稳态土星磁层模型,并且用等离子体细丝模型对土星磁层等离子体径向输运进行了数值模拟.模拟结果表明,Dione(土卫四)附近的等离子体可能因为发生离心交换不稳定性(Centrifugal Interchange Instability)而被输运到离土星更远的地方.这种输运现象的发生是由离心力主导的,等离子体的黏滞效应和能量转移对输运过程的影响非常小(几乎可以忽略不计),但土星电离层电导率对输运过程有重要影响,电导率越低,径向输运过程越快,反之,高电导率在一定程度上会阻碍输运的进行.在土星电离层电导率σ=2S时,Dione(距离土星6.3RS,RS为土星半径)附近的等离子体在5.52个小时中被输运到距离土星10RS的地方.本文的模拟结果还表明,密度受到扰动的等离子体是不稳定的,如果洛仑兹力和等离子体热压强梯度不能与离心力平衡,径向输运就会发生.密度大的等离子体在向外输运过程中会绝热膨胀而温度降低,密度小的等离子体则在注入磁层过程中因为绝热压缩而温度升高.

地球磁尾中重联产生的磁流通管的运动

本文通过MHD理论研究了细磁流通管在二维静止平衡介质中的运动.用地球磁尾中的一维细丝来表示流通管,通过数值模拟可以得到细丝随时间变化的一些性质.重联产生的细丝磁场比周围磁场偶极性更强,运动时表现出了很强的地向流.结果还显示了阿尔芬波、慢激波等MHD波从磁层的赤道面传播到地球电离层上并部分地反射回来.细丝在电离层上的足点的赤道向运动滞后于赤道面上的地向运动.虽然在模拟中细丝的初始等离子体压强低于周围压强,但是当它开始迅速向地球方向运动时,它的等离子体压强很快上升到与周围压强相当,甚至有时候大于周围压强的值.

土星千米波辐射源及磁层内磁力线弯曲

本文提出一个模型，通过此模型得到土星千米波辐射源（Saturn’s Kilometrlc Radiation Source）的分布．这个模型就是：磁层顶的开尔文一亥姆霍兹不稳定性（Kelvin-Helmholtz Instability）会导致阿尔芬波沿着弯曲的磁力线传播到土星极区附近，并在这个过程中使土星电离层附近（1Ra高度，Ra为土星半径）的粒子加速沉降，发生回旋不稳定性（Cyclotron MaserInstability），进而产生R—x模式辐射的非寻常波（Extraordinarywave）．我们认为，极区发生回旋不稳定性的区域就是土星千米波辐射源的区域．本文求出了磁层顶附近开尔文一亥姆霍兹不稳定性发生在土星本地时（Saturn’s Local Time）11 LT以前，得出了阿尔芬波沿磁力线传播到土星需要约38．3min，求解出向阳面磁力线弯曲了约80°，最后得出土星千米波辐射源分布从黎明段的7～9LT延伸到傍晚段的18LT，并且黎明段分布的纬度比傍晚段低．