磁尾爆发性整体流的多点卫星研究

【摘要】：在磁尾等离子体片中,经常会出现爆发性整体流(Burst Bulk Flow,简称为BBF)。自从Angelopoulos 1994年提出磁尾爆发性整体流以来,因为其在磁层能量和磁通量输运过程及亚暴过程中所起的重要作用,近来一直是磁层物理学界的研究热点。特别是目前围绕BBF在磁层能量和磁通量输运方面所产生的针锋相对的争议,更是引起了磁层物理研究人员的浓厚兴趣。欧空局Cluster卫星是国际上首次探测磁层的同轨多点卫星,是国际首次能够研究磁层空间中小尺度物理过程一个重要卫星计划。 本论文采用欧空局Cluster卫星的离子数据和磁场数据,利用Cluster四颗同轨多点卫星的特点,研究磁层平静时期和亚暴时期的磁尾BBF的空间和时间演化特性,以及BBF在整个磁层能量和磁通量输运过程中的作用进行了研究。并将多颗卫星的观测结果与以前的单颗卫星的研究结果进行了比较。 我们主要使用了2001年和2002年7月到10月Cluster穿越磁尾的数据。测量磁场的是仪器是磁通门磁强计。测量等离子体整体流密度、速度和温度的仪器是Cluster离子谱仪。 为了比较亚暴期间和磁层平静时期BBF的特点,我们首先对平静时期的BBF事件进行了研究。2001年9月7日三颗卫星观测到一个平静时期的典型BBF事件,我们对该事件的时空特性进行了详细分析。利用同样的方法,对2001年和2002年的另外几次BBF事件也进行了分析,并将三颗卫星观测到的这些事件与单颗卫星的结果进行了比较。研究发现多颗卫星联合观测到的BBF事件的持续时间要比单颗卫星观测到的大一倍左右,同时BBF在晨昏方向上的摆动决定了三个卫星观测到BBF的先后次序,三颗卫星的观测也显示了BBF的高度局域化特征,BBF的区域定义也会影响卫星的选取结果。磁宁静期磁尾BBF寿命的增大,使得BBF携带的质量和能量的地向输运增加。这种地向输运增加的结果是:磁尾储存的能量得到较为平稳的释放,改变了亚暴起始产生的时间,对解决磁层压力平衡矛盾问题提供了新的思路。 然后,我们对2001和2002年的7-10月的活动时期三颗卫星联合观测到的209个BBFs/Ang事件进行了研究。在三颗卫星观测到的209个BBFs/Ang事件中,C1只观测到了其中的162个。C1观测到的BBFs/Ang事件平均持续时间为604秒,和以前单颗卫星给出的10分钟左右的持续时间接近。而三颗卫星C1,3,4联合观测到的209个BBFs/Ang事件的平均持续时间为1105秒。如果考虑到三颗卫星C1,3,4在中心等离子体片中的分布位置有限,那么BBFs/Ang事件的平均持续时间可能大于1105秒。因此BBFs/Ang事件的平均持续时间可能和亚暴爆发持续的时间幅度相当。 为了比较不同BBF的判断标准,我们使用Raj et al [2002]的选取原则对同样的数据进行了分析。C1,3,4联合选取出了243个BBF/Raj事件,平均持