地球等离子体片中高速流的跨尾尺度

地球等离子体片中的高速流是地球磁层对流的主要形式。大部分向地球方向的磁通量和粒子的输运是由高速流完成的。高速流的跨尾宽度可看成是从磁尾向地球输运能量的通道宽度。观测发现，高速流的跨尾宽度在一个到三个地球半径之间。为什么跨尾宽度位于这个范围，理论上还未有解释。从理论上对高速流的跨尾宽度给予解释是一项很有意义的工作。它将加深对空间天气中太阳风-向阳面磁层顶-磁尾-地球这一能量输运链条的最后环节的进一步了解。

地球等离子体片中高速流的特征空间和时间尺度是一个长期悬而未解的问题。我们研究了地球等离子体片中高速流的两个阶段，一是它的初始阶段，另一是它的成熟阶段。对具有磁场梯度的不稳定区域的分析揭示了最不稳定模的半波长和增长率的倒数与观测到的流暴的跨尾尺度和持续时间相符合。我们发现，粘滞性、不稳定区域的尺度、等离子体片的厚度和磁场梯度一起决定了最不稳定模。正离子的回旋半径在粘滞性中扮演着半个有效自由程长度的角色。在高速流的成熟阶段，速度导致的流暴前后的压力差进入力平衡过程。流暴的赤道面形状改变。力分析表明，流暴的赤道面面积具有一到几个地球半径平方，高速流的跨尾尺度在一到三个地球半径。