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空间中心在磁场非对称重联特性研究方面取得进展

空间中心在磁场非对称重联特性研究方面取得进展

  磁场重联是将磁化等离子体内磁场能量转化为粒子动能和热能的重要物理过程,是打开磁层顶将太阳风能量输入地球空间的主要机制。在电流片两侧等离子体具有非对称结构的情况下(例如向阳面磁层顶),磁场重联过程会表现出不同于对称重联的显著特征。非对称条件下磁场重联是如何触发和发展的始终是空间物理研究领域的热点问题之一,目前对非对称重联的全局特征研究更多的是依靠数值模拟来实现。

  “地球空间双星探测计划”是首个由我国科学家提出的空间科学卫星项目,磁场重联和等离子体幸运28输运过程是其主要科学目标之一。双星计划创新的轨道设计使其在向阳面磁层顶观测中积累了大量磁场重联数据,双星计划TC-1是目前国际上研究向阳面磁层顶磁场重联最有效的卫星项目之一。

  中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室张永存等利用TC-1数据,对向阳面磁场重联事件进行个例分析(图1)和统计分析(图2)后,获得了非对称重联的丰富特征,他们发现:(1)重联耗散区内X点与流静止点的分离是非对称重联的普遍特性,电流片两侧非对称强度对其没有决定作用(图2a):(2)通过反平行重联观测结果与Cassak-Shay模型结果比对,证实Cassak-Shay模型只有在低剪切流情况下可以很好地预测重联出流速度(图2b),但对于出流区等离子体密度的预测非常准确(图2c);(3)反平行非对称重联扩散区内Hall磁场总体上展示出强的非对称性:磁鞘侧Hall磁场高于磁层一侧(图2d)。

  幸运28该项研究结果将加深人们对磁场重联过程在非对称环境下是如何发展的这一难题的理解,为非对称重联模型的建立与改进提供观测基础。相关文章在线发表在《科学报告》(Scientific Reports)上。

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图1: TC-1对向阳面非对称磁场重联的观测 

 

图2: TC-1非对称磁场重联统计特征