偶极化锋面附近场向电流与场向束流特性研究

Field aligned current is the most important factor that influence the coupling of the magnetosphere and the earth ionosphere. There are evidences shown that field-aligned current systems are associated the depolarization front which often observed during the tail dynamic process. Based on the satellites observation made by Cluster and THEMIS, together solar wind observation and the ground based magnetic field observation and aurora observations, we will work on the field-aligned current and field-aligned electron and ion beams that might connected with them, try to understand the spatial and temporal variation of the FACs associated with DF, and the relation between the FACs, and FA beams. The source and the forming mechanism of these beams will also be investigated. We are expecting to known the role of these middle-scale FACs in forming the substorm current wedge and their contribution in MI coupling.

场向电流是磁层与电离层耦合的重要媒介，与磁层动力学过程密切相关的偶极化过程中存在种下尺度的场向电流与场向束流。本项目根据对于卫星数据（CLUSTER、THEMIS）的分析，结合太阳风与地磁和极光的观测数据，分析磁尾等离子体片及其边界层附近发生的偶极化事件，研究偶极化锋面前后的电子特性， 包括投掷角分布、能量特性等，研究这些粒子的来源及形成条件，研究不同类型偶极化过程及其相应场向电流的特性，了解磁尾等离子体片中高速流的减速与偶极化锋面附近电流形成之间的关系。研究与偶极化锋面紧密结合的场向电流的时空变化特点，探讨场向粒子对于场向电流的贡献、场向粒子的来源与形成机制等等问题。进一步了解中小尺度场向电流的出现与大尺度场向电流以及亚暴电流楔形成之间的联系以及电离层-磁层耦合过程中的等离子体片中的作用。

偶极化锋面是存在于磁尾等离子体片中伴随高速流出现的一种很薄的磁结构，一般其中包含部分场向电流。这个结构对于粒子加速、波动的激发、流的减速等相关物理过程具有重要的作用。已有研究表明这个锋面上会存在场向电流的层状结构，并伴随有来源于电离层的粒子，是磁层与电离层耦合的重要通道。由于锋面前后等离子体特性不同，因此研究锋面附近的粒子分布以及波动过程对于深刻理解锋面的产生与演化和在磁尾动力学过程中的作用都是十分重要的。..本项目根据CLUSTER与THEMIS卫星的电磁场以及粒子的观测，研究偶极化锋面前后的电子特性，包括投掷角分布、能量特性等，研究这些粒子特性及其与偶极化锋面附件各类电磁波动的关联；研究来源于电离层的场向粒子的加速加热过程，认识其形成机制以及在电离层-磁层耦合过程中的等离子体片中的作用；同时开展了针对水星磁层等离子体片中各类扰动过程的研究..研究结果表明偶极化锋面附近的电子分布函数具有重联之后电子相应的特性，从观测上确认了电子平台分布以及粒子束流分布可能是造成偶极化锋面前DIP区域以及之后的高速流区域中波动的来源；其中电子的温度各向异性可能激发Wistler波，该类波动在外界条件影响下可能进一步被离子尺度的波动调制或进而非线性发展。 发现来源于电离层离子， 在经历了极光U型电势加速区后，可以同时被加热。O+ 和 He+ 离子的优先加热表明这些场向粒子束可能在极光加速区中同时受到EMIC波动的加热，并在极光加速区之上的高度获得进一步的波动加速； 研究发现来源于电离层的具有一定能量的氧离子可能在等离子体片中形成尺度非常小的电流片，进而在磁层−电离层耦合过程中扮演重要角色。此外在水星磁层也发生着类似地球亚暴的过程， 但由于水星磁场的特殊性， 该类活动发生的时间尺度与强度都较小。