无碰撞磁场重联中电磁波激发的粒子模拟研究

磁场重联是磁能转换为等离子体动能和热能的有效机制，在太空物理中起着重要的作用。哨声波是磁化等离子体中频率低于电子回旋频率的一种电磁波。哨声波在磁场重联过程中起到重要的调制作用，不仅能够加大粒子出流速度，而且大大提高了重联率，可以很好地解释空间等离子体中能量快速释放现象。由于观测条件的限制，人们对于哨声波的物理激发机制只是给出了几种可能的解释，要从根本上解决这一难题必须将观测结果和数值模拟工作相结合。本项目拟采用二维全粒子模拟方法研究无碰撞磁场重联中哨声波以及电子的动力学行为，并结合观测资料分析哨声波的激发机制。

通过粒子模拟方法研究了和无碰撞磁场重联有关的电磁波和静电波，这些结果包括：（1）在电子出流区发现了频率大于低混杂频率的哨声波。这些哨声波沿着电子束流的反方向传播但是不能传播很长的距离，这和观测结果相同。发现哨声波的这一区域是在距离x线大于一个离子惯性尺度的位置，这些哨声波是由重联产生的各向异性的高能电子激发的。这意味着在这一区域发现的哨声波和快速重联无关，而只是重联过程中的一个结果。（2）利用一维电磁粒子模拟程序研究表明各向同性的电子束流确实可以激发哨声波。但是由于电子束流还可以激发静电波，束流电子被静电波在平行于磁场方向加热，这将导致束流电子的垂直温度小于平行温度，因此哨声波将会很快被湮灭。背景电子的分布则基本上不受影响。而由温度各向异性的电子激发的哨声波则有所不同。背景磁场较强时，哨声波较弱而静电波较强；背景磁场较弱时，则哨声波较强而静电波较弱。（3）一维静电粒子模拟程序研究发现，二次谐波是由前向和后向传播的朗缪尔波相互作用产生的。背景电子将会受到这些波动的加速和加热。(4) 当离子的温度大于电子的温度且电子和离子之间的相对漂移速度远大于电子热速度时，Buneman不稳定性首先被激发，然后是后向传播的朗缪尔波被激发，随后才出现前向传播的朗缪尔波。（5）利用一维混合模拟程序研究发现相对漂移速度会有利于质子回旋波的发展，而阻碍氦离子回旋波的发展。质子回旋波首先被激发，但是氦离子回旋波的激发却由于相对速度的增大而延迟。