不同太阳风条件下磁层顶多重X线重联的研究

Magnetic reconnection is often invoked as an efficient mechanism for many eruptive phenomena such as flares in the solar corona, coronal mass ejection, and substorms in the Earth's magnetosphere. Shear flows are very commonly observed in many physical phenomena which are believed to involve magnetic reconnection process. The compressible resistive MHD and compressible Hall MHD models of the Earth’s dipole magnetic field are used to investigate magnetic reconnection driven by the solar wind. Our preliminary results have indicated that three-dimensional effects can significantly change the dynamic processes and many properties of the magnetic reconnection. Therefore, we propose to study the effects of shear flow on multiple-X lines magnetic reconnection at dayside magnetopause with the Earth's dipole field in southward interplanetary field. Investigation of the properties of the multiple-X magnetic reconnection in the presence of shear flow including the y component interplanetary magnetic field or Hall effect should be useful for understanding of novel phenomena observed by satellites.

磁场重联被认为是解释空间环境中许多爆发性物理现象的有效机制，如太阳耀斑、日冕物质抛射以及地球磁层中的亚暴等现象。而在这些磁场重联时常发生的区域往往被观测到伴有流的剪切。先前有关剪切流对磁场重联影响的研究大多采用二维模型，而三维模型下磁重联的过程与二维结果有很大区别。申请人基于三维可压缩电阻磁流体力学模型和可压缩Hall磁流体力学模型，选取地球真实磁场结构类似的偶极场位形，研究携带南向行星际磁场的太阳风和地球磁层相互作用过程中，剪切流对向阳面磁层顶多重X线磁场重联过程的影响。通过改变y方向的行星际磁场以及引入Hall效应的影响，深入研究地球偶极场下剪切流对向阳面磁层顶多重X线磁重联过程的影响，并最终揭示地磁层中剪切流对磁重联影响的物理机理，以便更好地解释一些卫星观测现象。

本项目基于可压缩电阻MHD模型，研究当太阳风携带南向行星际磁场作用与地球的偶极场时，地球向阳面磁层顶的多重X线磁场重联过程。采用三维全球性电阻磁流体动力学模型，主要研究了太阳风携带z方向等离子体流Vswz、行星际磁场BIMFy的情形下，对地球磁层的影响。研究发现，等离子体流诱发的剪切流在重联入流区有共振带或慢激波形成，这些结构与磁层顶多重X线重联的发生密切相关。当太阳风携带的行星际磁场包含y方向的分量时，当太阳风携带的行星际磁场BIMFy大小减少，磁层顶重联区电流片的电流密度以及弓形激波的强度随之变小，向阳面磁层顶的磁场重联过程减弱。导向磁场的加入可以促进非对称多重X线重联，且存在一个阈值，当超过这个阈值之后，该促进效应减弱。加入Hall效应之后，导向场非对称多重X线重联过程中会有次级磁岛融合的现象发生。这些结果可能对地球向阳面磁层顶多重X线重联观测起到一定的指导作用。

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