行星际中小尺度结构的综合研究

【摘要】： 在空间物理学中行星际中小尺度结构和磁场重联是两种重要的物理现象,它们在空间天气中起着十分重要的作用。加深对二者的研究有利于提高空间天气的预报水平,并有助于增进磁场重联这种等离子体物理中的重要现象的认识。本文主要以分析观测数据为主,研究了磁云中的磁场突然下降区、磁云边界层、多磁云追赶形成的相互作用区等行星际中小尺度结构中的磁场、等离子体特征和若干与磁云及其边界层相关的行星际磁重联事件。主要结果如下: (1)根据Wind飞船的等离子体波和相关太阳风与磁场的观测资料,分析了从1995–2003年间的60余个磁云边界层样本中的等离子体波活动,发现其中常常存在不同于邻近太阳风和磁云本体中的等离子体波活动,其基本特征主要是:约75%的边界层中最占优势的一种波活动是在电子等离子体频率(fpe)附近的朗缪尔波增强;约有60%的边界层事件中朗缪尔波和频率(f fpe)的离子声波活动都增强;在约30%的边界层中热噪声接受器的整个频段内观测到一种宽带、连续的等离子体波活动增强现象。 (2)利用WIND飞船的等离子体、磁场和等离子体波的观测资料,在2001年11月2日磁云尾部发现了行星际存在磁重联区的直接观测证据:磁场突然下降与磁场方向变化较大(Δθ≈45°,Δφ在90°～340°之间变化)相联系;与此对应,质子数密度增加,超热电子(superthermal electrons)加热、加速,其数密度减小;反向喷流和Hall磁场信号均被观测到;能量较低的电子的投掷角分布表现出很强的湍动性质,能量稍高的电子可以看到双向电子流;在电子等离子体频率,fpe和2fpe附近的等离子体波活动增强。 (3)利用ACE飞船的等离子体、磁场的观测数据,分析多磁云追赶而形成的相互作用区。这类相互作用区有两类,其特征分别是磁场增强和磁场下降。在磁场下降的相互作用区和一个磁云边界层发现了磁重联信号,它们的观测特征与前述的事件大致相同,主要是:磁场下降并伴随方向的较大变化(Δθ≈135°,Δφ≈180°);出现反向喷流和Hall磁场信号;质子数密度、温度和等离子体β值上升。根据SOHO的观测,这一类的相互作用区是在0.4–0.8AU之间形成的,因此这类相互作用区为行星际等离子体发生磁重联提供了观测证据,初步的数值模拟也印证了这一分析。 此外,本文还介绍了子午工程数据与通信系统的硬件和安全体系的初步设计。为实现数据与通信系统的子午工程相关数据的汇集、存储、管理和服务的功能和性能指标,除需要相关的软件外还需要具备高可用性、高性能的硬件环境,保证各项业务的开展;并需要构建一定的安全系统,提高整个系统的安全性。为此,我们设计了采用SAN(Storage Area Network)存储设备和磁带库实现海量存储的集中存储结构,采用双机热备份、双核心的星形千兆网等技术,以满足系统高性能、高可用性的要求;使用了防火墙、安全网关等网络安全技术,提高网络和系统的安全性;设计了数据容灾系统,进一步保证数据安全。还提出虚拟空间天气观测台(VSWO)的构想,以整合各类分散的空间天气的相关数据和计算资源。