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1月3日 地球磁鞘湍流的卫星观测研究:从MHD尺度到电子尺度
2016年12月30日

  报告题目:地球磁鞘湍流的卫星观测研究:从MHD尺度到电子尺度

  报告人:黄狮勇研究员 武汉大学

  报告摘要:湍流是天体物理中普遍存在的非线性现象,它可以对等离子体的传输和能量耗散过程起重要作用,被普遍认为是太阳风加热的重要能量来源,也是影响高能粒子传输效应的重要因素。太阳风中湍流已经有非常好的研究,但对于磁鞘区域湍流由于其复杂性却鲜有涉及。基于卫星观测数据,我们研究了地球磁鞘区域湍流从MHD尺度到电子尺度的频谱特性和多种相干结构,主要结果如下:1)选取了6年Cluster卫星SCM仪器的磁鞘观测事件,对磁鞘电子尺度湍流谱进行了统计研究,发现大量的频谱在电子回旋半径的Doppler平移频率有明显的拐点,且在电子回旋尺度之下有新的幂谱,谱指数为~ ?5.24,该工作揭示了湍流在电子尺度频谱具有普遍特性。2)利用3年Cluster卫星在磁鞘的数据,建立了MHD尺度磁鞘湍流频谱指数的全球分布,发现在弓激波附近频谱指数更接近-1,而在远离弓激波接近磁层顶和磁鞘flank区域(约17%比例),频谱指数接近-5/3,即Kolmogorov惯性频谱指数。通过研究磁压缩比,发现观测到Kolmogorov频谱的事件只有35%是剪切Alfven扰动,大部分(65%)的是可压缩的磁声类扰动,这与太阳风中观测不同。在离子尺度磁鞘频谱指数的全球分布没有一定的规律,表明磁鞘离子尺度的湍流更多地由当地的等离子体环境决定。3)利用美国宇航局最近发射的MMS卫星高精度的数据,首次观测到磁鞘区域离子尺度磁岛,并研究了其动力学过程,观测证实了在磁鞘湍动等离子体中离子尺度的磁岛具有高动力学,强波动和电子尺度物理过程发生,具有多尺度的耦合过程存在。4)利用MMS卫星高精度的数据,首次证认数值模拟中预测湍流演化过程中自发形成的电子涡旋磁洞。观测到的磁洞表现为总磁场的减小,尺度为电子尺度,即30个电子回旋半径(~30 km),磁洞内电流密度增强,电子温度增加(主要为垂直方向温度的增加)和电子90度投掷角的通量增强,表明电子被磁洞捕获,进而形成电子涡旋。观测证实了等离子体湍流中电子涡旋磁洞作为一种新型相干结构的存在。

  报告时间:2017年1月3日上午10:00-11:30

  报告地点:紫台鼓楼办公大楼619会议室

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