《磁層亞暴多時空尺度物理過程研究》是依託北京大學，由曹馨擔任負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磁層亞暴多時空尺度物理過程研究
- 項目負責人：曹馨
- 項目類別：青年科學基金項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磁層亞暴是太陽風－磁層－電離層體系能量傳輸與釋放的主要過程，是日地空間物理最具有挑戰性的前沿課題之一。亞暴以及磁暴期間能量粒子注入也隨著空間天氣研究的日益興起越來越受到國際的關注。本項目以分析 Cluster II－地球空間雙星探測數據為基礎，結合分析Themis衛星，國際日地物理計畫(ISTP)其他衛星觀測資料，進行理論、數值模擬和建模研究，探索亞暴與磁暴期間磁層場和帶電粒子多時空尺度作用及地球空間多層次（磁層邊界區，遠、中、近磁尾，內磁層與極區電離層）的能量耦合與釋放過程和帶電粒子的增能與輸運過程，揭示磁層亞暴的觸發機理和磁暴環電流的形成機制，發展符合實際的亞暴與磁暴的物理模型，提供預報亞暴與磁暴的物理基礎。項目的實施將提高我國日地空間物理的研究水平，並對推進我國空間天氣研究的進展起重要作用。
結題摘要
磁層亞暴是地球空間最重要的能量耦合過程，平均每天發生4次，每次從太陽風輸入相當於一個5-6級地震的能量，幾十年來亞暴爆發機制一直是日地物理學的前沿核心課題。目前亞暴的物理模型主要分為近地中性線類的中磁尾觸髮型和近地電流中斷類的近磁尾觸髮型模型。前者以改進的近地中性線模型為代表，強調中磁尾的磁重聯是亞暴觸發的機制；後者以近地電流中斷模型為代表，強調亞暴觸發的關鍵機制在近磁尾。為了檢驗不同模型在亞暴過程預言中的有效性，我們結合亞暴期間高速流和重聯的觀測深入研究亞暴相關現象之間的時序及可能聯繫。論文主要內容如下： 我們研究了兩個典型亞暴（2004年9月14日事件和2008年1月9日事件）期間的極光結構特點及其發展過程。在這兩個事件中，IMAGE觀測到極光流結構在亞暴膨脹相觸發前都出現在極光極向邊界附近並向低緯延伸，而在亞暴膨脹相觸發後極光流結構則從低緯向高緯擴展。在2004年事件中，Cluster在增長相末期首先在近地磁尾觀測到400km/s的地向高速流，其磁力線足點就位於極光流中間。這表明極光流與磁尾高速流具有密切的聯繫。為了進一步研究這些極光流結構及磁尾高速流在來源，我們比較了極光極向邊界（APB）和極區開閉磁力線邊界（OCB）的位置關係。OCB由DMSP及FAST衛星的沉降觀測來確定。在2004年事件中，當極蓋區開磁通Psi在膨脹相期間開始下降，表明尾瓣重聯開始進行之後，OCB和APB重合在一起，而在此之前到增長相末期，兩者有明顯分離。 我們利用THEMIS衛星對磁尾亞暴膨脹相期間的磁場和粒子的多點觀測，證實了近地重聯線的後撤過程，並首次提出了後撤機制。在這個重聯事件中，THEMIS的5顆衛星沿著日地連線方向排列在-10RE的近地磁尾到-23RE的中磁尾。與近地重聯產生的霍爾電流相應的電子速度各向異性分布現象在不同的衛星處被同時觀測到。這些各向異性的電子是沿著重聯分型線出流的，因此我們可以推算出重聯線的位置，並基於不同時間點的不同衛星觀測來判斷重聯線何時開始後撤以及後撤的速度。與此同時，我們將極蓋區磁通的數據與磁尾衛星觀測數據進行比較，發現重聯線開始後撤的時間與極蓋區開放磁力線磁通開始迅速下降的時間完全吻合。據此，我們提出了重聯線後撤的壓強不平衡理論，並利用THEMIS磁尾多衛星觀測估算了磁尾不同位置的壓強差異。估算的壓強梯度符合理論預期。
