ClusterⅡ衛(wèi)星對地球磁尾電流片的觀測研究.pdf

1、地球磁尾是磁層中一個特別重要的區(qū)域。由于地球磁層的動力學(xué)過程很大程度上受到電流片附近物理過程的影響，所以磁尾電流片的研究分析對于理解地球磁尾的結(jié)構(gòu)和運動過程具有重要作用。早在20世紀(jì)70年代，借助于衛(wèi)星的空間探測，人們就開始對磁尾電流片開展了廣泛的研究。從早期的Geotail、ISEE衛(wèi)星探測，到現(xiàn)在的ClusterⅡ和雙星六點聯(lián)合空間探測，人們對地球磁尾的認(rèn)識和理解有了飛躍的發(fā)展。ClusterⅡ衛(wèi)星于2000年發(fā)射成功，并于2001

2、年7～10月份第一次完成地球磁尾的穿越。該星簇結(jié)構(gòu)能夠探測過去不能實現(xiàn)的地球空間環(huán)境三維小尺度結(jié)構(gòu)及電磁場和粒子的時空變化，解決過去不能解決的關(guān)鍵科學(xué)問題，成為日地空間探測的一個新的里程碑。Cluster與雙星計劃已經(jīng)形成密切配合的兩個聯(lián)合觀測項目，成為人類歷史上第一次對地球空間的六點立體探測，它將提供人類歷史上第一個探測地球空間多層次與多時空尺度相互作用的觀測體系，開創(chuàng)了地球空間暴研究的新階段。 磁尾中性片是磁尾南北兩部分方向

3、相反的磁場之間的過渡區(qū)。在這一過渡區(qū)的中間，磁場強度下降到非常小的值。大量的單顆衛(wèi)星觀測研究表明，電流片的結(jié)構(gòu)不時地隨著行星際和地球磁層活動而發(fā)生變化。在實際探測中，也證實了Harris平衡模式和具有分叉結(jié)構(gòu)的擺動模式電流片的存在。電流片的厚度也不時地處于收縮和膨脹之中，其活動和亞暴緊密相連。磁場重聯(lián)是地球磁尾中的一個非常重要的過程，它很大程度上影響著電流片結(jié)構(gòu)的變化。電流片中的振蕩和波動現(xiàn)象也經(jīng)常被探測到，Cluster衛(wèi)星也捕捉到了

4、電流片的晨向運動、昏向運動以及中心波動源區(qū)現(xiàn)象。 本文采用的數(shù)據(jù)是2001年9月15日04：30～05：15UT期間的Cluster探測數(shù)據(jù)。在此期間，Cluster衛(wèi)星多次穿越磁尾電流片。由FGM(FluxGateMagnetometer)、CIS(ClusterIonSpectrometryExperiment)等儀器獲得了電流片磁場、粒子流速度等數(shù)據(jù)變化情況，并得到了磁尾高速流的兩次明顯反轉(zhuǎn)。本文采用GSM坐標(biāo)系進行計算和

5、處理。利用求磁場空間梯度張量的方法從而獲得了越尾電流，得到其電流密度的峰值為28nA/m2。并對電流片在垂直方向上的擺動和在晨昏方向的波動現(xiàn)象進行了分析。數(shù)據(jù)顯示此時電流片為薄電流片并有一個變薄的趨勢，其厚度大約為0.2～0.3RE。在這段時間內(nèi)，磁尾電流片經(jīng)歷了由相對寧靜狀態(tài)到劇烈振蕩狀態(tài)的過程，而且Cluster探測到了磁場重聯(lián)現(xiàn)象的發(fā)生。磁場重聯(lián)發(fā)生時地向流與尾向流最大速度均超過了1000km/s，并得到了電流片的法線方向和運動速