發(fā)布時間：2020-10-29 16:54

　　 亞暴是內(nèi)磁層演化的重要驅(qū)動源。亞暴注入的熱粒子能夠激發(fā)等離子體波動并通過共振或非共振作用影響內(nèi)磁層環(huán)電流和輻射帶的演化。在觀測手段方面,本論文針對亞暴注入熱質(zhì)子開展了低能離子能譜儀的預(yù)研工作。在數(shù)據(jù)分析方面,本論文基于范艾倫探測器(RBSP)項目開展了亞暴期間磁聲波的異常演化和亞暴活動主導(dǎo)的輻射帶高能電子加速過程的研究。在第一章中,我們介紹了內(nèi)磁層等離子體結(jié)構(gòu)和其在磁暴和亞暴活動期間的演化,并引出本論文的主要研究內(nèi)容。在第二章中,我們開展了空間低能離子能譜儀的預(yù)研工作。針對國家在中高軌三軸穩(wěn)定衛(wèi)星上的低能離子探測需求,我們參考國際上RBSP衛(wèi)星以及幾種主要的低能粒子檢測手段,開展空間低能離子能譜儀中頂帽式靜電分析器部分的尺寸設(shè)計和仿真工作。仿真結(jié)果表明設(shè)計方案可以實現(xiàn)半空間低能離子探測,能量分辨率、極角分辨和幾何因子等儀器參數(shù)滿足在空間環(huán)境中工作的實際需求。在第三章中,我們開展了亞暴期間磁聲波異常演化的研究工作。亞暴熱注入形成的10 keV左右的質(zhì)子環(huán)分布結(jié)構(gòu)能夠通過伯恩斯坦模不穩(wěn)定性激發(fā)磁聲波。之前的研究工作受到觀測手段的限制,只籠統(tǒng)地認為亞暴熱質(zhì)子注入有利于磁聲波的激發(fā)。通過分析RBSP衛(wèi)星數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)亞暴熱質(zhì)子注入在背景冷等離子體高密度區(qū)和低密度區(qū)都可以導(dǎo)致磁聲波消失。增長的質(zhì)子熱壓力能夠扭曲背景磁場結(jié)構(gòu)和冷等離子體密度分布,進而降低波動相速度,使得波動不能有效地從熱等離子體共振吸收能量。與此同時,波動折射率雜亂無規(guī)則的空間分布也會降低磁聲波的累積增長作用。對于強的亞暴注入事件,這種磁聲波的消失區(qū)域在徑向上覆蓋0.5個地球半徑、在環(huán)向上可能橫跨2個磁地方時。這些結(jié)果更加精細化地展現(xiàn)了亞暴質(zhì)子注入對于磁聲波的影響。在第四章中,我們開展了亞暴活動主導(dǎo)的電子加速過程的研究工作。輻射帶高能電子的加速機制是輻射帶動力學(xué)演化研究的重要課題。之前的研究大多集中在磁暴期間,在磁暴期間,多種加速機制共同疊加作用,不利于厘清每種加速機制的貢獻和行星際觸發(fā)條件。通過分析RBSP衛(wèi)星數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)南向行星際磁場能夠觸發(fā)磁層亞暴,促進等離子體片熱電子注入內(nèi)磁層,激發(fā)強烈的合聲波,進而通過回旋共振過程在大L區(qū)間對輻射帶電子進行本地加速。持續(xù)的本地加速過程使得高能電子相空間密度形成較大的徑向梯度,為后續(xù)的絕熱輸運和徑向擴散加速過程創(chuàng)造了有利條件。這些結(jié)果展示了行星際擾動引發(fā)地磁活動,促進等離子體波動演化,最終驅(qū)動輻射帶電子加速的完整鏈條。在第五章中,我們總結(jié)已有的研究工作,并展望未來的研究方向。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：P353
【部分圖文】：

?第１章緒?論???流、越尾電流、環(huán)電流和伯克蘭電流等）產(chǎn)生。??內(nèi)稟磁場可以被近似看做偶極場（圖１．２），在球坐標(biāo)系下，地球偶極磁場的??表達式為??Ｂｒ?＝?－２Ｂ０（＾＾ｊ?ｃｏｓｄ，?（１．１）??＝—Ｂ。（－＾）?ｓｉｎ０，?０．２）??５?＝?５。（￥）?Ｖｌ?＋３ｃｏｓ２０，?（１．３）??其中，％?＝?３１２００?ｎＴ表示地球表面磁赤道處的磁場強度，ｒ、０、組成球坐標(biāo)??的三個分量（ｒ為距地心的距離，０為地理余緯，為地理經(jīng)度）。磁力線的表達??式為??ｄｒ?＿?Ｂｒ?＿?２ｃｏｓ＾?關(guān)??ｒｄ６?Ｂ９?ｓｉｎ?汐??／＊?＝?；＊〇?ｓｉｎ２?０?＝?ｊＬｉ？￡?ｓｉｎ２?０，?（１．５）??其中，％為磁力線與磁赤道面的交點到地心的距離，Ｌ?＝?為定義的磁殼數(shù)。??：會??圖１．２地球偶極磁場磁力線示意圖。??內(nèi)稟磁場處在長期的緩慢變化過程中，在地質(zhì)歷史上發(fā)生過多次的磁極倒??轉(zhuǎn)，在近現(xiàn)代主要表現(xiàn)為偶極子成分磁矩的衰減以及非偶極子成分磁場的西向??漂移。在１９世紀上半葉，高斯發(fā)明磁強計并第一次估算出內(nèi)稟磁場的球諧函數(shù)??系數(shù)。此后一百多年，內(nèi)稟磁場模型不斷推陳出新。目前，以實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的??ＩＧＲＦ?（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ?Ｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?Ｆｉｅｌｄ）模型是國際公認的也是應(yīng)用范??圍最廣的內(nèi)稟磁場模型。在２０世紀６０年代，因為地磁觀測站的空間分布極不合??理，在占全球表面積７０％的海洋上幾乎沒有地磁觀測站，所以實測數(shù)據(jù)中包含??２??

層大氣物理學(xué)協(xié)會??（ＩＡＧＡ）第五分會地磁場模型工作組每５年發(fā)布一次，為《階ｍ次的施密??特準歸一化締合勒讓德函數(shù)。ＩＧＲＦ模型本質(zhì)上是每５年更新一次的由球諧函數(shù)??確定的靜磁常由于內(nèi)稟磁場的變化周期很長，在此期間可以近似認為內(nèi)稟磁場??線性變化。??８〇．＾ｊ？＾１２０＾Ｗ６０＂Ｗ?Ｏ＇?６０．Ｅ?１２０＾??■＾—＾＝Ｔ￣?Ｉ?Ｔ－?Ｉ?Ｆ?ｎａｎｏＴｅｓｌａ??２５０００?３００００?３５０００?４００００?４５０００?５００００?５５０００?６００００?６５０００??圖１．３?１ＧＲＦ－１３內(nèi)稟磁場模型里地球表面的磁場大小分布示意圖，表現(xiàn)出內(nèi)稟磁場的非對??稱分布（摘自：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｅｏｍａｇ．ｂｇｓ．ａｃ．ｕｋ／ｒｅｓｅａｒｃｈ／ｍｏｄｄｌｉｎｇ／ｌＧＲＦ．ｈｔｍｌ）。??外源磁場在太陽風(fēng)的作用下表現(xiàn)出快速動態(tài)演化的特征。隨著觀測點到地??心的距離增加，外源磁場在總磁場中的占比逐漸增加甚至超過內(nèi)稟磁常２０世??紀３０年代，Ｃｈａｐｍａｎ?ｅｔａｌ．（丨９３０）第一次估算出磁層中磁場的空間分布。隨著空??間技術(shù)的發(fā)展，基于衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)的半物理半經(jīng)驗的外源磁場模型被建立起來??（Ｍｅａｄ?ｅｔａｌ．，１９７５）。特別是?Ｔｓｙｇａｎｅｎｋｏ?推出了?Ｔ８９、Ｔ９６、ＴＳ０４?和?ＴＡ１６?等一系??列外源磁場模型（Ｔｓｙｇａｎｅｎｋｏ，?１９８１，１９８９，?１９９５；?Ｔｓｙｇａｎｅｎｋｏ?ｅｔ?ａｌ．，?２００５，?２０】６），其??中ＴＳ０４模型考慮了所有主要的外部電流體系對外源磁場的貢獻，能夠比較準確??地反映磁暴期間內(nèi)磁層磁場的演化，在內(nèi)磁層研宄中應(yīng)用較廣（Ｔｓｙｇａｎｅｎｋｏｅｔａｌ．，?

?第１章緒?論???ｕ－ｒＸ＾￣￣ｒ．ｔ＂＂＂＂７Ｔ’：＊??圖１．４對應(yīng)不同對流電場模型的磁赤道面電勢等值線分布（Ｂｕｚｕ丨ｕｋｏｖａ?ｅｔ?ａＬ，２００２）：?（ａ）??Ｍｃｌｌｗａｉｎ?（１９７２）；?（ｂ）?Ｍｃｌｌｗａｉｎ?（１９８６）；?（ｃ）?Ｖｏｌｌａｎｄ－Ｓｔｅｒｎ?模型（Ｖｏｌｌａｎｄ，１９７３；?Ｓｔｅｒｎ，??１９７５）。??不同能量的粒子在磁層磁場和電場等作用下各自集聚，形成諸多等離子體結(jié)構(gòu)??（圖１．５），例如外磁層區(qū)域的邊界層（Ｂｏｕｎｄａｒｙ?Ｌａｙｅｒ）、等離子體片（Ｐｌａｓｍａ?Ｓｈｅｅｔ）??以及內(nèi)磁層區(qū)域的等離子體層（Ｐｌａｓｍａｓｐｈｅｒｅ）、環(huán)電流（Ｒｉｎｇ?Ｃｕｒｒｅｎｔ）和范艾??倫福射帶（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ?Ｂｅｌｔ）等。??ｉｎＪｌ?Ｉｒａｄｉａｉｌ＾ｂｅｌｔ?「Ｐｌ＾ｍａ??１０?！?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｌ＿Ｚ３?Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ??ｒａｄｉａｔｉｏｎ?｜?ｐ｜?Ｒｉｎｇ?Ｃｕｒｒｅｎｔ?Ｏｆ?ｔｈｅ??ｉ〇４?ｅｔ?ｓｕｂｓｔｏｒｍ－?＾＾??Ｍａｇｎｅｔｏｓｐｈｅｒｅ???ｐｌｌｓｍａ??＾?ｉ〇３．?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｌ?－－．．．．．－?ｓｈｅｅｔ??至?ｐｌａｓｍａ????一?ｓｈｅｅｔ??Ｊ??？?１〇２?ｗａｒｍ?＊??２?ｐｌａｓｍａ??２?ｃｌｏａｋ?ｍａｇｎｅｔｏｓｈｅａｔｈ??ｋ?ｉ〇ｉ．?Ｌ＿＿??｜??１０°．?ｐｌａｓｍａｓｐｈｅｒｅ??＆?ｄｒａｉｎａｇｅ?ｐｌｕｍｅｌ???１〇＇１－?ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ??１０－６?＾０＾Ａ?１０＊２?１０°?１０２?１０４?１０６??
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 Theodore A. FRITZ;;Recent progress on ULF wave and its interactions with energetic particles in the inner magnetosphere[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2008年10期

2 天兵;;華夏第一星:東方紅一號[J];中國航天;2006年08期

本文編號：2861188