Cluster探测到磁尾等离子体注入的特征

利用Cluster卫星2001～2004年磁尾运行期间RAPID仪器的数据，确定了115例磁尾等离子体注人事件，借助时序叠加法统计研究磁尾等离子体注人现象的特征．注人事件主要分布于磁地方时夜晚20时至凌晨04时．与同步轨道区观测到的粒子注人事件类似，可以将磁尾粒子注人事件分成五类：（1）只有离子注人；（2）离子先于电子注人；（3）离子和电子同时注人；（4）电子先于离子注人；（5）只有电子注人．磁尾粒子注人时，质子（能量范围0～40keY）的温度和数密度同时显著增加，沿地球径向的传播速度也明显增大．统计分析磁尾注人期间同时观测到的晨昏对流电场，发现电场可分为两类：（A）注入后电场突然增大，电场强度为正；（B）注人后电场突然增大，电场强度为负．利用磁层磁场（T89c）和电场（Volland—Stem）模型模拟粒子注人后赤道面的电漂移速度矢量，模拟结果与统计结果基本一致，表明晨昏对流电场引起的电漂移是驱动磁尾（-18RE〈R〈-10RE）等离子体沿地球径向注人的机制之一．

一次磁层亚暴期间磁场偶极化的尾向传播

利用TC1、Cluster和Polar结合极光和同步高度及地磁的观测,研究了2004年9月14日1730～1930UT时间段的亚暴偶极化过程.此前行星际磁场持续南向几个小时.亚暴初发(Onset)开始于1823UT.2min之后,同步高度的LANL-02A在子夜附近观测到了明显的能量电子增强(Injection)事件,而TC1在1827UT左右在磁尾(-10,-2,0)RE(GSE)观测到了磁场BX的突然下降,伴随着等离子体压强和温度的突然增加及磁场的强烈扰动.在(-16,1,3)RE(GSE)的Cluster上相同的仪器观测到相同的现象,只是比TC1观测到的晚大约23min,在1850UT左右.虽然Polar在更靠近地球的较高纬度(-7.5,3.5,-4.0)RE(GSE)附近,也在1855UT左右观测到了这种磁场偶极化现象.以上的观测时序表明TC1、Cluster观测到的磁场偶极化比亚暴偶极化初始发生分别晚4min和27min.说明偶极化由近磁尾向中磁尾传播.详细计算表明偶极化源区的位置大约在X=-7.7RE～-8.6RE,而传播速度大约为70km.s-1.在这个事件中亚暴的物理图像可能是中磁尾的近地重联产生的地向高速流到达近磁尾,为近磁尾的亚暴触发创造了条件;亚暴在近磁尾触发之后,磁场偶极化峰面向中磁尾传播.

磁暴环电流形成过程

利用三维试验粒子轨道计算法，以强的行星际磁场南向分量驱动的对流电场作为磁暴的主要起因，研究了大磁暴期间环电流离子的注入过程和对称环电流的形成机制。本文主要关心大磁暴环电流中的氧离子成分。计算结果揭示了磁暴环电流形成过程中部分注入粒子轨道具有混沌特征．特别是证明了粒子由磁尾向内磁层的注入过程中产生的屏蔽电场可使开放轨道转变成闭合轨道，因而是闭合环电流形成的重要机制，进一步证明了注入粒子可以得到有效的加速，加速时间约为1～3小时。

Cluster星簇对中磁尾尾瓣持续磁重联观测研究

当行星际磁场持续南向时, 磁尾尾瓣区积蓄大量的磁能, 出现强的晨昏电场.此时中磁尾磁重联进行得深入持久, 在等离子体片闭合磁场和等离子体被带出重联区之后, 尾瓣区的磁场和等离子体不断进入重联区, 这种重联过程称之为'持续尾瓣重联'(CLR).分析2001～2003年期间欧空局Cluster星簇对中磁尾的观测数据, 发现CLR除导致磁场形态改变和产生高速流外, 重联区出现空泡, 多数空泡中等离子体密度和温度下降两个数量级(少数为一个数量级).空泡结束后, 密度较重联前低, 温度略有升高.CLR的持续时间一般为几十分钟, 它同行星际磁场持续南向发生的强亚暴有很好的相关性.