《磁尾電漿傳輸及相關觀測現象的研究》是依託北京大學，由周煦之擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磁尾電漿傳輸及相關觀測現象的研究
- 項目負責人：周煦之
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電漿片邊界層是地球磁尾能量傳播的一個主要區域，其主要觀測特性是沿磁場方向的離子束流。目前已有多種機制試圖解釋此現象，然而其中絕大多數都與邊界層附近的中心電漿片性質無關。通過多點衛星觀測，我們發現了該場向離子束流與其臨近的中心電漿片高速流之間的內在聯繫，並由此提出該場向束流源自離子在偶極化鋒面的反射。這種全新機制統一了電漿片不同緯度的電漿傳輸特徵。和所有新機制一樣，這個全新的圖像還需要進一步的檢驗和發展。這正是此課題的主要目標：電漿片邊界層最常見的能量色散特徵是什麼？它們受哪些參數影響？它們能否在這種全新的電漿傳輸機制的框架里被解釋和模擬？偶極化鋒面上的電磁能轉化是否同電漿片高速流及邊界層離子束流的動能一致？我們將利用THEMIS數據擴大現有的多點觀測事件列表，並用個例分析及統計的方法將觀測和模擬結果進行比較，以確認和進一步發展這種全新的磁尾電漿傳輸圖像。
結題摘要
本項目著力於研究地球磁尾的帶電粒子動力學，尤其是當偶極化鋒面朝地球方向運動時帶電粒子的行為及其與其他磁尾現象（電漿片邊界層離子束流、磁場拓撲結構變化、能量轉換與傳輸等）之間的內在聯繫。另一方面，這些帶電粒子由磁章節附注入內磁層後，也可為內磁層中的波和不穩定性提供自由能，從而進一步影響整個磁層的電漿行為。本項目緊密圍繞這一課題，並取得了一系列學術成果。 首先，本項目利用THEMIS衛星數據和數值模擬方法，深入探討了偶極化鋒面對帶電粒子的反射與加速作用，並在其基礎上詳盡分析了其主要過程與後果。這些後果包括：電漿片邊界層粒子束流及其晨昏不對稱性（成果1）、偶極化鋒面處的能量轉換（成果2）、偶極化鋒面前端的磁場南向偏移（成果3）、偶極化鋒面後端能量離子的各向異性（成果4）。同時，本項目還分析了偶極化鋒面與磁場重聯之間的緊密聯繫（成果5），並分析討論了在磁場重聯過程中偶極化鋒面的鏡像結構，即重聯點遠地側的反偶極化鋒面及其粒子特性（成果6）。這些工作通過分析磁尾電漿的行為特點，大大增強了人們對地球磁尾物質與能量輸送過程的理解。 其次，本項目還著力分析了磁尾粒子注入內磁層後對內磁層的影響，即內磁層中的電漿波動。在電漿自由能驅動波動的同時，這些波動也可與特定能量的帶電粒子發生共振作用，從而造成了地球磁層中豐富多彩的粒子行為。我們的工作從理論、模擬和衛星（包括美國Van Allen Probes衛星和我國北斗導航衛星）數據分析等多角度出發，完善和發展了超低頻波與帶電粒子的相互作用理論（見成果7-12）。
