ClusterⅡ衛(wèi)星對(duì)地球磁尾電流片的觀測(cè)研究.pdf

1、地球磁尾是磁層中一個(gè)特別重要的區(qū)域。由于地球磁層的動(dòng)力學(xué)過(guò)程很大程度上受到電流片附近物理過(guò)程的影響，所以磁尾電流片的研究分析對(duì)于理解地球磁尾的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)過(guò)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(cè)，人們就開(kāi)始對(duì)磁尾電流片開(kāi)展了廣泛的研究。從早期的Geotail、ISEE衛(wèi)星探測(cè)，到現(xiàn)在的ClusterⅡ和雙星六點(diǎn)聯(lián)合空間探測(cè)，人們對(duì)地球磁尾的認(rèn)識(shí)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(cè)過(guò)去不能實(shí)現(xiàn)的地球空間環(huán)境三維小尺度結(jié)構(gòu)及電磁場(chǎng)和粒子的時(shí)空變化，解決過(guò)去不能解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，成為日地空間探測(cè)的一個(gè)新的里程碑。Cluster與雙星計(jì)劃已經(jīng)形成密切配合的兩個(gè)聯(lián)合觀測(cè)項(xiàng)目，成為人類歷史上第一次對(duì)地球空間的六點(diǎn)立體探測(cè)，它將提供人類歷史上第一個(gè)探測(cè)地球空間多層次與多時(shí)空尺度相互作用的觀測(cè)體系，開(kāi)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(chǎng)之間的過(guò)渡區(qū)。在這一過(guò)渡區(qū)的中間，磁場(chǎng)強(qiáng)度下降到非常小的值。大量的單顆衛(wèi)星觀測(cè)研究表明，電流片的結(jié)構(gòu)不時(shí)地隨著行星際和地球磁層活動(dòng)而發(fā)生變化。在實(shí)際探測(cè)中，也證實(shí)了Harris平衡模式和具有分叉結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)模式電流片的存在。電流片的厚度也不時(shí)地處于收縮和膨脹之中，其活動(dòng)和亞暴緊密相連。磁場(chǎng)重聯(lián)是地球磁尾中的一個(gè)非常重要的過(guò)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(dòng)現(xiàn)象也經(jīng)常被探測(cè)到，Cluster衛(wèi)星也捕捉到了

4、電流片的晨向運(yùn)動(dòng)、昏向運(yùn)動(dòng)以及中心波動(dòng)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(cè)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(chǎng)、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(jìn)行計(jì)算和

5、處理。利用求磁場(chǎng)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(duì)電流片在垂直方向上的擺動(dòng)和在晨昏方向的波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了分析。數(shù)據(jù)顯示此時(shí)電流片為薄電流片并有一個(gè)變薄的趨勢(shì)，其厚度大約為0.2～0.3RE。在這段時(shí)間內(nèi)，磁尾電流片經(jīng)歷了由相對(duì)寧?kù)o狀態(tài)到劇烈振蕩狀態(tài)的過(guò)程，而且Cluster探測(cè)到了磁場(chǎng)重聯(lián)現(xiàn)象的發(fā)生。磁場(chǎng)重聯(lián)發(fā)生時(shí)地向流與尾向流最大速度均超過(guò)了1000km/s，并得到了電流片的法線方向和運(yùn)動(dòng)速