亚暴期间尾瓣磁场结构的分析

作     者：于建浩 

作者单位：中国科学院国家空间科学中心 

学位级别：硕士

导师姓名：沈超

授予年度：2016年

学科分类：070802[理学-空间物理学] 07[理学] 0708[理学-地球物理学] 

主      题：亚暴 尾瓣 锯齿形亚暴 外部触发亚暴 稳态对流事件 磁场结构 多点探测 

摘      要：本硕士论文主要分为四部分,第一部分介绍磁场基本结构及亚暴相关背景知识,第二部分比较亚暴时期和磁场宁静时期尾瓣的结构变化,第三部分分析研究了太阳风动压触发亚暴、锯齿形亚暴、稳态对流亚暴磁场结构,第四部分总结。磁层亚暴一直是空间物理学里最重要的问题。磁层亚暴是磁层中重要的能量储存、释放和耗散过程。亚暴事件的发生和发展涉及日地系统的整体过程,包括太阳风和行星际磁场的耦合过程以及磁层与电离层、高层大气的耦合等过程。剧烈的磁层亚暴活动会引起地球空间环境的扰动,包括:磁层中的粒子事件(亚暴粒子注入事件,电离层粒子注入事件,辐射带粒子变化,环电流粒子变化等),电离层暴,、电离层扰动和热层结构变化等。这些活动,对卫星的运行环境及人类的生存环境都有着重要影响。Cluster卫星之前对于磁场结构的研究多依赖于单颗卫星,不能很好的反映出磁场的三维结构变化。我们利用多点探测的探测方法,能够计算出磁场梯度、磁力线曲率半径、磁旋转矢量等,可以很好的反映出磁场的三维结构,对于我们认识亚暴提供了更好的方式。我们选取了典型特征的亚暴事件进行分析。在锯齿型亚暴中,我们发现磁力线的曲率半径先增大再减小在增大的变化。在外部触发亚暴事件中,我们看到了场向电流以及非场向电流的存在。最后,为了更精细的研究亚暴期间尾瓣的变化我们选取了同一位置处的亚暴时期跟宁静时期进行对比。对比研究了尾瓣相同位置处亚暴期间和磁场宁静期间尾瓣的磁场结构变化。所使用的多点探测的方法,通过计算磁场梯度进而得到磁力线曲率矢量、曲率半径、磁力线的副法线方向等磁场结构参数,研究亚暴期间尾瓣的磁场结构的变化。在增长相期间,由于磁力线拉伸,导致磁力线曲率半径增大;膨胀相期间,由于磁场偶极化出现,使磁力线曲率半径减小。恢复相,曲率半径恢复到亚暴开始前的水平,代表一次亚暴活动的结束。在磁场宁静时期,磁场梯度的值比较小,大约只有0nT/RE。而在亚暴时期,磁场梯度的值可以超过10nT/RE,并且磁场梯度的值缓慢减小。在亚暴时期和宁静时期,尾瓣这个位置处均没有观测到电流的存在。尾瓣结构的变化跟亚暴的发展过程相吻合。因此可以用尾瓣的特征来反映亚暴的过程。为研究亚暴提供了新的思路。