日冕及地球磁層的磁場重聯、粒子加熱與震波結構(I); Ion Heating, Shock Structure and Magnetic Reconnection in the Solar Corona and Magnetosphere (I)

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題名:	日冕及地球磁層的磁場重聯、粒子加熱與震波結構(I);Ion Heating, Shock Structure and Magnetic Reconnection in the Solar Corona and Magnetosphere (I)
作者:	李羅權;許瑞榮
貢獻者:	太空科學研究所
關鍵詞:	日冕;震波;粒子加熱;磁場重聯;熱傳導;旋轉不連續;地球科學類
日期:	2006-07-01
上傳時間:	2010-12-06 15:33:33 (UTC+8)
出版者:	行政院國家科學委員會
摘要:	本研究計畫針對一系列的震波特性，如粒子加熱、快震波的形成、熱傳導與磁場By 份量的效應、旋轉不連續的穩定性.等，以數值模擬的方式探討其變化。主要目的為根據我們於2000 年初步提出的日冕加熱理論(Lee and Wu, 2000)，用數值模擬來發展一個完整的理論。這些結果也將應用於地球磁鞘、磁層區。在未來三年中，我們將針對以下五個子項目分層研究。第五個子項目為高空向上閃電的理論研究。 (A) 快震波對氫離子與重離子的加熱我們將應用Lee and Wu (2000)的日冕震波加熱理論，嘗試解釋在地球磁鞘區觀測到的粒子熱分佈。我們發現在低馬赫數時，震波重離子的熱速度比氫離子大，而在低馬赫數時，兩者下游的熱速度大約相同。Fuselier 分析ISSE-1 與 AMPTE 衛星在磁鞘區的電漿觀測，發現這些粒子有特殊的熱分佈。我們認為這是源自於船頭震波而非磁鞘區電漿波的加熱結果，因此計畫以混合粒子碼研究船頭震波下游的粒子加熱狀態。此外，我們也收集了WIND 與其他衛星資料，搜尋快震波做分析統計，以深入檢驗震波加熱理論。我們分成以下二個子項目：（A1）研究在高馬赫數地球船頭震波下游的磁鞘區，快震波對氫離子與重離子的加熱及加速過程。（A2）分析WIND 衛星資料，統計低馬赫數的行星際震波與高馬赫數的船頭震波，其上下游氫離子與重離子溫度分佈的異同。 (B) 日冕區磁場重聯與快震波的形成針對日冕震波加熱的研究，我們回頭檢驗在日冕區是否有足夠多的快震波存在。太陽表面的磁場重聯過程提供了豐富的震波來源，但是在過去數十年的研究課題多集中於慢震波與Alfven 波；快震波則由於其產生的強度較弱，比較少人注意。本計畫將詳細針對各種不同的重聯條件（b, q and By），探討快震波在日冕區如何形成，以及其強度是否符合震波加熱理論的要求。應用resistive MHD 模擬碼及Hybrid 模擬碼研究（B1）磁場重聯在二維Cartesian 座標，（B2）磁場重聯在太陽表面二維極座標與（B3）兩個磁力管（Flux tube）三維重聯時，快震波的產生與傳播。同時我們也將探討magnetic bulge 的形成與演化。 (C) 熱傳導效應與磁場By 份量對磁場重聯之影響延續Tsai et al. (2002) 對熱傳導效應與慢震波的研究課題，我們將探討熱傳導與磁場By 份量對磁重聯產生的震波特性之影響。我們應用一維conductive MHD 模擬碼，檢驗（C1）熱傳導效應導致快震波的foreshock 與postshock 結構的產生，（C2）By 與電流片震波結構的時間演化之相關性，（C3）中速震波和慢震波的foreshock 相對於熱傳導效應及By 的特性變化。 (D) 太陽風中旋轉不連續（RD）之穩定性與產生機制的探討根據Knetter and Neubarner (2001)對行星際單獨存在的RD 觀測所做的統計分析，當Bn/B0<0.4 時才有RD 結構被觀測到，而觀測到的RD 結構則大部份為Bn/B0 ? 0.2，其中B0 與Bn 分別是RD 上游的磁場強度與其法線份量。太陽風中RD的產生有二個機制：其一是由太陽表面附近的磁場重聯過程中產生(Lee et at, Solar Physics, 1995)，其二為直接由太陽風中Alfven 波模擾動的非線性演化而來。本文將應用混合粒子碼，探討RD 的產生，並檢驗它在不同Bn/B0 條件下的結構穩定性。而其產生條件與觀測報告的比對，將用以檢驗上述二種產生機制的發生可能性。我們將提出單獨存在又滿足Bn/B0 ≦ 0.2 的RD，應該由太陽附近磁場重聯所產生，這需要一系列的模擬研究與資料分析。 (E) 巨大噴流的物理機制巨大噴流是2002 年由成功大學物理系研究團隊所發現的另一種新的高空短暫發光現象。除了在2002 年觀測到5 個事件之外，只有在2004 年再度觀測到1 個巨大噴流事件。從目前的觀測資料顯示，巨大噴流的前兩個階段(前導噴流與整體發展噴流)，可視為雲頂對電離層的放電過程；而後續噴流的成因並不清楚。雖然後續噴流在型態上與所謂的藍色噴流相當類似，但是目前藍色噴流的理論模型，也都只局限在闡述藍色噴流是一種雲頂對高空向上放電現象。這樣的解釋很難去說明，巨大噴流是如何在一個巨大的放電之後，會伴隨著另一個較長時間的放電過程。因此，套用藍色噴流的模型來解釋後續噴流的現象，可能並不適宜。本計畫的另一個研究子題是與紅色精靈團隊合作，探討巨大噴流的可能機制。研究期間：9408 ~ 9507
關聯:	財團法人國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心
顯示於類別:	[太空科學研究所 ] 研究計畫

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