太阳风和行星磁层的相互作用学习教案

太阳风和行星太阳风和行星(xngxng)磁层的相互作用磁层的相互作用第一页，共19页。第1页/共19页第二页，共19页。以地球以地球(dqi)为例为例: 具有偶极子场的特性具有偶极子场的特性 偶极矩大约为偶极矩大约为8*1015Tm3,与地球与地球(dqi)自转轴有大自转轴有大约约110的倾角。其他行星，有的低于的倾角。其他行星，有的低于10，有的高于，有的高于500。 在球坐标下：在球坐标下：33321/22cossin(13cos)rBMrBMrBMr在直角坐标在直角坐标(zh jio zu bio)下：下：Mz为沿在为沿在z轴磁矩轴磁矩5522533(3)xzyzzzBxzM rByzM rBzrM r第2页/共19页第三页，共19页。在球坐标在球坐标(zubio)下，磁力线方程：下，磁力线方程：可得：可得：2cosrL/0rrdBdr Bd20sinrrr0是原点到磁力线与赤道面交点的距离。通常以是原点到磁力线与赤道面交点的距离。通常以L（以行星（以行星(xngxng)半径归一的距离）和磁纬表示半径归一的距离）和磁纬表示令令r=1,可求得不变纬度可求得不变纬度11/2cos (1/)L 第3页/共19页第四页，共19页。偶极子不够偶极子不够(bgu)精确，实际复杂的多，可用精确，实际复杂的多，可用Legendre展开。展开。第4页/共19页第五页，共19页。发电机过程的发电机过程的3个条件：磁场、导体、运动。个条件：磁场、导体、运动。问题：地球内部是否具备这些条件？问题：地球内部是否具备这些条件？对地球内部的认识：对地球深部的结构、状态和性对地球内部的认识：对地球深部的结构、状态和性质的认识主要来自地震、重力、地热、地化、电磁质的认识主要来自地震、重力、地热、地化、电磁感应、地球自由振荡、陨石、比较行星学等观测感应、地球自由振荡、陨石、比较行星学等观测(gunc)研究和高温高压实验结果。研究和高温高压实验结果。第5页/共19页第六页，共19页。第6页/共19页第七页，共19页。利用利用(lyng)绝热流的伯努利积分：绝热流的伯努利积分：221upconst考虑考虑(kol)到磁层顶的速度为零到磁层顶的速度为零2/(1)1(1)2spMp考虑到激波的影响考虑到激波的影响(1)/(1)22 1/(1)11()2(1)/(2spKuM 第7页/共19页第八页，共19页。假定太阳风压力假定太阳风压力(yl)和磁层压力和磁层压力(yl)处于平衡处于平衡状态：状态：22020()2mpaBKuLB0是行星是行星(xngxng)赤道面磁场，赤道面磁场，Lmp为以行星为以行星(xngxng)半径为单位的磁层顶距离。半径为单位的磁层顶距离。对于地球对于地球,a=2.441/321/621/6()8.53()107.4()mpEswswLRaKun u第8页/共19页第九页，共19页。第9页/共19页第十页，共19页。假定假定(jidng)尾瓣是半圆形的，其磁通量为：尾瓣是半圆形的，其磁通量为：22TTTRFB利用利用(lyng)磁尾的磁压与太阳风热压和磁压相平衡磁尾的磁压与太阳风热压和磁压相平衡Psw包含了太阳风的热压和磁压。包含了太阳风的热压和磁压。221/202/()TTswRFp 第10页/共19页第十一页，共19页。利用利用(lyng)MHD方程建模。方程建模。第11页/共19页第十二页，共19页。第12页/共19页第十三页，共19页。类月物体(wt):由绝缘物质组成 能直接吸收碰撞到它身上的等离子体 舷激波? 尾迹第13页/共19页第十四页，共19页。1.引入磁场与上游引入磁场与上游(shngyu)等等离子体流速平行离子体流速平行2.引入磁场与上游引入磁场与上游(shngyu)等等离子体流速垂直离子体流速垂直第14页/共19页第十五页，共19页。形成形成(xngchng)电离层。太阳风和导电流体相互作用。电离层。太阳风和导电流体相互作用。舷激波？舷激波？第15页/共19页第十六页，共19页。第16页/共19页第十七页，共19页。第17页/共19页第十八页，共19页。第18页/共19页第十九页，共19页。