近地空间磁洞的卫星探测研究

本项目将利用Cluster和ACE等多颗卫星观测数据，采用现有的及我们独创的多点探测技术，研究近地空间中（包括地球磁层极尖区、磁鞘和1AU附近的太阳风中）磁洞的性质、形成机制以及相关的空间物理效应，包括：统计磁洞的出现率及其三维结构和等离子体特性，并研究其随时间、太阳风参数和太阳活动的变化，探索不同空间区域中磁洞的性质和来源；通过多点探测计算磁洞的传播速度等性质，结合理论分析甄别用以解释磁洞形成的镜像模和孤波两种机制，并探索其它可能的物理机制；在系统的研究磁洞性质和形成机制的基础上，探索磁洞的形成与太阳风等离子体加热加速、磁层等离子体捕获和传输之间的关系，研究磁洞通过弓激波和磁层顶后的变化，探索磁层对磁洞可能的响应等空间天气问题。本研究不仅有望揭示磁洞本身的独特性质，而且在探索太阳风加速加热、非线性波和不稳定性等基本物理问题以及磁层对它可能的响应等空间天气学问题上，也具有重要科学意义。

在本项目的支持下，我们利用Cluster和双星在地球磁尾等离子体片内观测了一种小尺度的磁洞结构，证实这类磁洞是空间结构，发现它们与偶极化以及某种电子不稳定性存在密切的联系；我们利用Cluster卫星发现了IMF北向期间新的太阳风进入区，并且通过MHD全球模拟和统计分析，发现其最可能的机制是高纬磁场重联；通过THEMIS卫星数据分析，我们发现太阳风动压脉冲可能激发尾向和地向的等离子体流动，形成低频波动，并有可能与磁尾电流片中磁洞的形成有关；我们统计研究了太阳风中磁洞列(magnetic decrease (MD) trains)事件背景磁场和等离子体的特性，发现在磁场较低，密度较大，Beta（等离子体热压与磁压比）更高的区域更容易产生线性磁洞列事件，并通过统计推测ICME可能是磁洞一个源区、CIR是线性和非线性磁洞列事件的一个重要源区；磁尾地向高速流可能与磁尾中磁洞的形成有关，利用THEMIS的联合观测，我们发现大部分事件中，距离中性片较远的卫星先观测到高速流，并且其高速流X分量的速度较大。利用高速流减速模型我们发现高速流减速的位置大部分都位于中近磁尾10-20Re区域之间；利用Cluster卫星在太阳风中的磁场数据，我们发现大部分磁洞结构内部磁场方向变化的最大角度不超过40度，而超过40度的磁洞事件中有77%的磁洞附近10分钟内看到了小尺度电流片结构，因此我们推测部分磁洞的产生可能跟电流片有关。在本项目支持下，我们共发表SCI文章4篇，EI文章4篇，基本接受文章1篇，并准备投稿文章2篇；课题成员参加了十余次会议并做报告，3年来做国际会议邀请报告9次，国内会议邀请报告2次；培养研究生4名，一名硕士生已毕业，学生获得诸如全国日地空间物理讨论会“优秀青年论文奖”、“山东大学博士研究生学术新人奖”等奖项；在我校组织多次国内学术研讨会，并多次邀请国内外同行来我校访问工作。