行星际磁镜对太阳高能粒子的效应研究

论文摘要

在绝热近似下,粒子的磁矩是一个守恒量。当磁矩不为零的带电粒子由弱磁场区向强磁场区运动时,会受到一个指向弱磁场的力,带电粒子可能会被“反射”回弱磁场区,我们称这种磁场结构为磁镜(Magnetic Mirror)。行星际日冕物质抛射(Interplanetary Coronal Mass Ejection,ICME)和冕洞产生的快速太阳风都会压缩前方慢速太阳风中的磁场,使磁场增强进而形成磁镜,以上两种是行星际的磁镜。在太阳附近,离太阳越近磁场越强,这也是一个磁镜,太阳附近的磁镜与行星际的磁镜可构成一个磁瓶。处在不同纬度不同经度不同径向距离的多颗卫星,观测同一高能粒子事件时,发现某些事件中粒子通量在下降期非常接近(通量比值<2),这一现象被称为蓄水池效应。Reames等人将这一现象归结于行星际磁瓶的作用。我们可以算出磁镜的聚焦尺度并与行星际粒子的平均自由程作比较,从而研究行星际磁镜效应对粒子传播过程的影响。我们挑选了两个具有代表性的事件,一个是发生在太阳活动小年2007年7月的共转相互作用区事件(Corotating Interaction Region,CIR),一个是发生在太阳活动高年2013年7月的ICME事件。使用Giacalone等人的快慢流相互作用模型拟合CIR和ICME的太阳风速度和磁场,并用此磁场计算聚焦尺度,然后与粒子平均自由程比较研究粒子的磁镜效应;计算太阳风速度散度来研究太阳风压缩区粒子的加速过程。通过计算0.96 AU(STA卫星到太阳的距离)和2 AU处的聚焦尺度以及磁场方向上的太阳风速度散度,我们得到主要结论如下:压缩程度越强,(1)磁镜影响的经度范围越广;(2)在相同距离上最小聚焦尺度越小,磁镜效应越强;(3)2 AU处最小聚焦尺度所在磁力线上太阳风速度散度绝对值峰值越大,粒子的加速效率越大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 太阳的结构
•   1.2 日球层
•   1.3 太阳风
•   1.4 Parker磁场模型
•   1.5 高能粒子
•   1.6 粒子加速
•     1.6.1 随机加速（二阶费米加速）
•     1.6.2 激波漂移加速
•     1.6.3 扩散激波加速（一阶费米加速）
•   1.7 本章小结
• 第2章 磁镜
•   2.1 单粒子运动
•   2.2 磁镜?B‖B
•   2.3 行星际磁镜结构:ICME和 CIR
•   2.4 快慢流相互作用模型
•     2.4.1 模型的证明
•   2.5 本章小结
• 第3章 CIR和 ICME事件拟合
•   3.1 卫星数据
•   3.2 数据挑选
•   3.3 拟合
•     3.3.1 2007 年7月CIR事件
•     3.3.2 2013 年7月ICME事件
•   3.4 本章小结
• 第4章 磁镜效应
•   4.1 聚焦尺度和平均自由程
•   4.2 事例研究
•     4.2.1 2007 年7月CIR事件
•     4.2.2 2013 年7月ICME事件
•     4.2.3 事件对比
•   4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 仲雨水

导师: 汪洋

关键词: 磁镜,聚焦尺度,平均自由程,共转相互作用区,日冕物质抛射

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: P353

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004767

总页数: 61

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