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外日球层激波事件的一维磁流体力学数值模拟

2021-01-30郭孝城周昱成

深空探测学报 2020年6期

郭孝城,周昱成,王 赤,李 晖

(1.中国科学院 国家空间科学中心 空间天气学国家重点实验室,北京 100190;2.中国科学院大学 地球和行星科学学院,北京 100049)

引 言

源于太阳表面的超声速太阳风等离子体向外径向膨胀时会与包含星际等离子体和中性原子的邻近星际介质相互作用形成一泡状结构即日球层,它们的交界面就是日球层顶[1]。在经历漫长的旅程后,“旅行者1号”( Voyager 1)和“旅行者2号”( Voyager 2)飞船分别在距太阳94 AU和84 AU左右穿越终止激波,最终在120 AU左右穿越日球层顶进入星际空间[2-3]。太阳风事件,包括共转太阳风作用区(Corotating Interaction Regions,CIRs)[4]和行星际日冕抛射事件(Interplanetary Coronal Mass Ejections,ICMEs)[5],在日球层内传输时会引起系列反应,比如飞船发现在几十AU处太阳风事件传输时会逐渐汇聚合并形成更大尺度的等离子体脉冲或激波事件[6-8]

“旅行者1号”在2012年8月穿越日球层顶后,磁强计在2 012.92(十进制年份)和2014.66年(十进制年份)分别探测到两个前向激波,在2013.35年探测到一个疑似后向激波[9]。这些激波被认为与“旅行者1号”的电场波动仪器探测到的射电爆信号相关[10]。

学者尝试对这些星际空间激波的来源做分析。Liu等[11]首先采用了一维磁流体力学数值模拟研究了太阳风事件在外日球层区的传播和演化,提出“旅行者1号”在2013.35年观测到的射电爆和激波信号可能源自Wind飞船在2012年3月探测到的一系列的行星际日冕物质抛射事件。然而,他们的模拟没有考虑星际等离子体的入流,所以结果没有终止激波和日球层鞘区的形成,太阳风始终为超声速;……

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