空间等离子体的各向异性湍流谱研究

空间等离子体是研究等离子体湍流的天然实验室，也是研究日冕加热、太阳风加热加速、太阳风-磁层相互作用等空间物理前沿课题的主要途径之一。传统的空间等离子体湍流研究主要依靠单点观测数据，只能得到频率空间的一维湍流谱。本项目基于Cluster，Themis等多点卫星探测数据、申请人已经掌握的两种波矢量分析方法等，主要研究：（1）系统掌握目前主要的波矢量反演计算方法，比较它们各自的优缺点和适用条件；然后加以综合利用或开发新方法；（2）系统分析太阳风湍流在三维波矢量空间的各种统计特性，特别是高于离子回旋频率，小于离子惯性长度的高频高波数的各向异性湍流谱特征、耗散区的波模（色散）性质、以及Hall效应对等离子体湍流的影响等，为太阳风加热加速机制研究进一步提供观测依据；（3）研究部分对应冕洞、日冕物质抛射等能确定其太阳源区的行星际结构中的湍流谱，并与其源区的观测特征进行联合分析。

行星际空间是研究等离子体湍流的良好实验室。本文基于Cluster卫星4点观测，对包括太阳风等离子体、行星际日冕物质抛射（ICME）等行星际等离子体中的等离子体比压（Beta）分别为0.02，0.1，1等三种情况的等离子体弱湍流和强湍流等进行了分析研究，得到以下结果：.（1）用多卫星观测得到了波数空间的功率谱（波数功率谱），与用泰勒假设得到的频率空间的功率谱（频率功率谱）可以存在显著差别。对于等离子体强湍流，虽然传统的频率功率谱幂指数有-5/3，-3/2等各种情况，但波数功率谱的观测结果均与GS95模型较好；.（2）基于K-filtering方法直接得到了等离子体湍流的四维（频率和波数）功率谱。通过多普勒频移并积分，我们得到了各向异性的波数空间功率谱。这些结果与GS95模型的符合较好。平行波数 (垂直波数 ) 对垂直（平行）背景磁场 的磁场扰动的影响很可能不能忽略。.（3）针对前人认为磁云中的阿尔芬脉动在不到1AU的距离内会很快的耗散掉，本次研究给出了个反例。且所观测到的磁云中阿尔芬脉动是首次1AU附近的观测；从磁云中的阿尔芬脉动有可能推测对应的CME的触发机制。.（4）在离子回旋尺度附近，波数功率谱显示了在平行和垂直磁场的方向上幂律不同；其幂率大小也在些亚离子回旋尺度等离子体湍流理论所预言范围内。