磁层中无碰撞磁场重联与波、粒子加速的关系研究

本项目利用Cluster和NASA计划发射的MMS卫星的高分辨率磁场、电场，电子和粒子的高分辨率数据，分析磁层中的无碰撞磁场重联事件。深入研究磁层无碰撞磁场重联事件中的等离子体动力学过程。考察无碰撞重联、波和粒子加速三者之间的关系。探讨无碰撞磁场重联中粒子是重联过程中什么机制加速的。找到重联过程中有效的粒子加速机制，波与粒子加速机制和无碰撞磁重联的关系。有助于深入理解磁层中无碰撞磁重联过程的扩散区结构以及粒子加速过程，粒子在重联过程中的作用。本项目研究对于揭示亚暴和磁层空间暴的动力学过程以及磁层空间天气预报有着重要的科学意义和应用价值。

在研期间考察了哨声波在重联触发中的作用。最近几年的动力学理论研究发现哨声波在无碰撞磁场重联事件中占有重要的作用。同时观测也证实了无碰撞磁场重联事件中常常观察到哨声波活动。理论研究认为哨声波常常与正的温度各向异性的电子产生波粒共振获得能量，波能够增强。我们通过实际观测事件的计算发现重联前的电流片中哨声波的不稳定性是存在的，并且是正的不稳定，也就是说哨声波在这种电流片中容易增强并对电流片产生影响。这个结果对于理解电流片中重联是怎么开始的有着重要的帮助。磁尾重联事件中除了观测到低频波以外，还能观测到频率很低的超低频波动。2002年8月21日重联事件的波动分析发现伴随着很强的大尺度超低频波动ULF波，该波的波动频率约30s。MVA分析发现ULF波是斜传播的，传播角度约是130度。这些观测事实表明ULF波很可能是斜传播的慢磁声模波。通过进一步的Hall电场及磁场的分析及频谱分析发现ULF波很可能是周期性的重联产生的。统计重联事件的过程中发现有的高速流事件伴随着电流片拍动。重联扩散区中的慢磁声模波，该ULF波的也是典型的电流片拍动。磁尾的拍动与重联有着密切的关系。但是没有高速流的时候也能观测到电流片拍动。通过分析发现离子的南北不对称性可能是电流片持续拍动的重要原因。