磁场重联中等离子体动力学的混合模拟分析.pdfVIP

磁场重联中等离子体动力学的混合模拟研究 摘要 摘 要 在空间物理的研究中，磁场重联作为一种能将磁能快速转化为等离子体动能 和热能的机制一直是一个很重要的课题。在近来的空间观测中，有关高能带电粒 子加速机制的研究越来越引起人们的兴趣。这些高速粒子和背景等离子体构成的 速度分布已经不再是Maxwell分布，而是束流型或是更为复杂的分布形式。例如 近来在磁尾高速等离子体流的观测中经常见到一些不能被简单视为修正 Maxwell分布的部分球壳状或哑铃状离子分布。本文便从磁场重联着手来考察这 些离子分布形式的形成。 同时，太阳耀斑中的各种辐射现象说明在这类爆发性事件中有相当高能量的 高速电子产生。磁场重联作为一种重要的耀斑触发机制，和耀斑过程中的这些电 磁辐射现象有着密切的关系。因此，考察磁场重联对电子的加速机制具有重要的 意义，这也是本文的主要任务之一。 本文应用二维三分量混合模拟方法，数值研究了磁场重联对空间等离子体的 影响，重点研究了对粒子的加速问题。计算发现，磁场重联在导致离子加热的同 时，会沿磁场方向将少部分重联区离子加到很高的速度(2．OVA左右)，从而使得 离子速度分布函数偏离Maxwell分布，形成球壳或部分球壳状分布，而这种分布 函数又根据所处的位置可以构成不同的分布类型。 进一步考察重联中离子轨道可以发现，在重联区中出流的粒子中，有一部分 被磁镜捕获，其回旋半径大于重联区宽度，并构成整个流体速度的低速部分。另 外，在X中性点附近进入重联区的粒子沿磁力线向出流区以三种形式漂移，分别 为：沿磁力线逃逸、捕获在磁镜中随流体运动、横越磁力线漂移，其比例分别为 约70％，20％，10％。 在前面应用2．5维混合模拟方法研究Petschek模型磁场重联的基础上，我们 最后考察了试验电子被加速的特征。模拟结果表明，稳态的低频重联场能将试验 电子加速到很高的速度，电子的能谱为幂律谱，但总体分布函数未发生显著变化。 电子在整个加速过程中被束缚在低磁场的加速区内，由重联产生的感应电场毋 分量对其直接加速，根据加速时间和加速区域可以将这些电子分为两种情况：初 始位于加速区和漂移到加速区被加速。 硕士论文——磁场重联中等离子体动力学的混合模拟研究 II 磁场重联中等离子体动力学的混合模拟研究 摘要 Abstract an has been of reconnection theresearch In spacephysics，magnetic always very all mechanismtotransfer to as effective issue magnetic important rapidly energy kinetic andthermal of accelerationmechanism energy energyplasmas．Recently，the and in of hasbeen more moreaRentions particles paid space high·energetic w