用粒子模拟方法研究太阳磁场重联中的波动

Magnetic reconnection in the solar atmosphere play an important role of solar physics. However, the details of the solar magnetic reconnection are still unclear, such as: the efficency of particle acceleration by magnetic reconnection shork wave? The excite machanism of anomalous resistivity in the process of solar magnetic reconnection, as well as the electromagnetic wave generation machanism and the conversion process. We plan to simulate this complex physical process by using the 2.5 dimensional particle in cell simulation method,for better understanding the physical mechanism of magnetic reconnection.We focus to solve the following problems: 1)Simulate the shock wave generation process and study how the shock wave accelerate the particles, and then compared with other acceleration mechanisms. 2)To study the details of anomalous resistivity in solar magnetic reconnection process, and by changing the simulation parameters to study the correlation between the anomalous resistivity and the magnetic reconnection. 3)To analysis the excite machanism of electromagnetic waves during the magnetic reconnection and energy conversion process.

太阳大气中的磁场重联是太阳物理必须要解决的关键问题之一，至今还有很多.问题没有搞清楚，例如：磁场重联中激波加速粒子的效率以及与其它加速机制的比较，反常.电阻在磁场重联过程中的产生机制、位置和大小，以及电磁波的产生过程和能量来源等。本.人准备使用2.5 维粒子模拟（PIC）方法实现对这些复杂的过程的模拟计算，以便深入了解.磁场重联的物理机制，集中解决以下几个问题：1）了解激波的产生过程和其对粒子加速的.贡献，进而与其它加速机制进行比较。2）研究重联过程中反常电阻的产生机制、大小和位.置，并通过参数的变化来研究反常电阻对磁重联的影响。3）分析磁场重联中的电磁波的产.生过程和能量转化。

太阳耀斑爆发是太阳最剧烈的活动之一。耀斑产生过程会释放出巨大的能量，同时加速电子。电子束流在等离子体中传播的过程中会激发等离子体束流不稳定性，将束流的能量转化为电磁波辐射出来，这种射电爆发被称为太阳射电III型暴。由于电子束流在太阳表面产生，不能被直接观测，因此产生的太阳射电III型爆发是一种重要的加速粒子诊断手段。等离子体辐射机制一直被广泛用来解释太阳射电III型暴的产生。尽管很多理论工作对等离子体辐射机制进行了计算，但其中还是有不少问题无法解释，例如能量转换效率的问题等。因此对等离子体辐射机制的细节过程还需要进行进一步的研究。本研究旨在利用粒子模拟的方法研究模拟束流等离子体不稳定性激发等离子体波动的物理过程，从而了解等离子体波的激发和转化过程。等离子体波相互作用是将束流能量转化为射电辐射能量的主要手段，波-波相互作用这一非线性过程需要仔细的研究。本课题通过编写2.5维的粒子模拟程序对束流等离子体不稳定性进行了模拟研究。通过对朗缪尔波和离子声波的分析，发现了朗缪尔波与束流电子密度和速度的关系。通过对模拟得到的电场强度进行傅立叶变换分析，得到了等离子体波动的色散关系图。进一步进行滤波分析，得到了朗缪尔波基波与二次谐波以及反向朗缪波的能量演化曲线以及他们之间的相关性等。在模拟过程中，由于离子质量远大于电子质量，采用了分别计算电场的方式得到了离子激发的电场强度，对之进行傅里叶变换得到了离子声波的能量演化曲线。分析之后我们发现，反向朗缪波与基波和二次谐波的关系不明显，其能量主要是由正向朗缪波散射而来，束流电子对反向朗缪波的放大有一定的抑制作用。朗缪波的激波和谐波又很好的相关性，都是开始阶段快速增长，饱和之后逐渐耗散的演化过程。离子声波的能量有明显的间断变化，可能对应于朗缪波的分裂过程，有待进一步分析。对等离子体辐射机制中的各种波动进行分析研究，有利于我们进一步了解等离子机制的能量转化过程，对射电辐射机制分析其到了一定的推进作用。