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实验室研究人员在磁层顶Kelvin-Helmholtz不稳定性的
X射线成像方面取得重要进展

2015年03月12日 星期四 12:52:39

太阳风重离子(如O7+)与磁层中性气体成分(如H)发生碰撞的过程中可以发生电荷交换,发射出软X射线波段的光子。在地球磁鞘区和极尖区中太阳风重离子密度较高,因而该区域X射线较强,利用此原理可以对磁层顶进行X射线成像研究,从而给出磁层的大尺度特性及三维动力学演化过程,对磁层物理学研究起到至关重要的作用。

在此背景下,中欧双方科学家(PI: 实验室王赤研究员和伦敦大学学院G. Branduardi-Raymont教授)共同提出了对地球磁层进行X射线成像的SMILE计划,即Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer。

作为该计划的一个子方向,实验室孙天然副研究员、王赤研究员及探测室韦飞副研究员与英国科学家S. Sembay合作,利用全球三维磁流体力学(MHD)模拟研究了磁层顶开尔文-赫姆霍兹(Kelvin-Helmholtz, KH)不稳定性的X射线成像特性。在磁层顶低纬边界层中,由于磁鞘和磁层等离子体间存在速度剪切,较易产生KH不稳定性。KH涡旋将磁鞘中的太阳风等离子体卷起,从而可以造成X射线成像图中的亮斑。该增亮区域可以采用在X射线成像图中减去高纬背景的方式提取出来。并进一步针对KH区域X射线强度的时空分布进行研究,给出了磁层顶KH涡旋的三维结构特点及演化特性。

该研究利用全球MHD模拟首次给出了磁层顶低纬边界层中KH不稳定性的X射线成像图,并指出X射线成像技术在磁层物理学研究方面具有极其重要的应用前景。该研究成果发表在美国地球物理学会(AGU)学术期刊《地球物理期刊》(Journal of Geophysical Research (JGR): Space Physics)上。

相关链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014JA020497/abstract

引用:Sun, T. R., C. Wang, F. Wei, and S. Sembay (2015), X-ray imaging of Kelvin-Helmholtz waves at the magnetopause, J. Geophys. Res. Space Physics, 120, 266–275, doi:10.1002/2014JA020497.



开尔文-赫姆霍兹不稳定性区域在不同时刻的X射线成像图(数值模拟)。

 

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