行星际磁云内等离子体旋转现象的观测研究

With the aid of a velocity-modified uniform-twist flux-rope model, this project is designed to obtain the change of the plasma poloidal motion inside the magnetic clouds through the statistical and case methods from the observed data. Based on these results, we will analyze and summarize the change pictures. Using the magnetic twist of the magnetic cloud from the model, we will systematically analyze the relation between the twist and the plasma poloidal motion and further reveal the impact of twist on this motion. This project will provide a necessary help for constructing a more complete dynamical picture inside the magnetic clouds.

本项目将基于卫星观测数据，利用速度修正的柱型均匀扭缠通量绳模型，通过统计及个例分析的手段得到1AU及不同日心距处磁云内部等离子体旋转运动的变化，分析并总结变化规律；并利用该模型得到这些磁云内部磁场的缠绕，系统地分析磁云内部等离子体旋转运动与磁场的缠绕之间的关系，进一步揭示磁场的拓扑结构对磁云内部等离子体旋转运动的影响，为构建一个更加完整的磁云内部动力学图像提供必要的参考。

磁通量绳内磁力线的分布情况包含了磁通量绳内部磁场构象和稳定性的重要信息，磁云内等离子体的旋转运动与磁力线之间的关系也是值得我们研究的课题。本项目在均匀扭缠的无力场通量绳的帮助下，采用“剥洋葱”的方法，从磁云的最外层开始一层一层地剥掉等量的角向磁通量，对2002年8月2日的一个边界处没有被太阳风剥蚀的磁云事件截面内的twist分布进行了研究，发现该磁云内部无论通量绳层还是被剥掉的通量绳内的twist分布从轴线处至磁云边界均几乎呈现单调性减小趋势。此外，研究了2002年8月2日被Wind卫星观测到的一个磁云内部磁力线的缠绕与等离子体旋转角速度之间的关系。发现在被剥掉的通量绳或者通量绳层内单位长度磁力线的缠绕数与等离子体旋转角速度之间呈明显的正相关。该发现暗示了等离子体流跟磁力线是冻结在一起的，这与磁雷诺数大的条件下行星际内我们所预期的结果是一致的。在均匀扭缠的无力场通量绳模型的帮助下，我们还得到139个磁云在不同日心距Hellios、Wind、Ulysses卫星处磁云的各种参数，并进一步得到了0.3-5.4AU磁云内部各个参数随日心距变化的结果：磁云内等离子体的旋转运动并没有随着日心距的增加而发生明显的变化，且等离子体的旋转运动是磁云内部存在的一个普遍现象；磁云内单位长度磁力线缠绕的圈数并没有随着日心距的增加而发生明显的变化。.这些研究结果不仅丰富了人们对磁云内等离子体的旋转运动的演化图像的认识，而且也得到了磁云内磁场的拓扑结构与等离子体旋转运动之间的关系。