太陽風和行星磁層的相互作用學習教案

1、太陽風和行星太陽風和行星(xngxng)磁層的相互作用磁層的相互作用第一頁，共19頁。第1頁/共19頁第二頁，共19頁。以地球以地球(dqi)為例為例: 具有偶極子場的特性具有偶極子場的特性 偶極矩大約為偶極矩大約為8*1015Tm3,與地球與地球(dqi)自轉(zhuǎn)軸有大自轉(zhuǎn)軸有大約約110的傾角。其他行星，有的低于的傾角。其他行星，有的低于10，有的高于，有的高于500。 在球坐標下：在球坐標下：33321/22cossin(13cos)rBMrBMrBMr在直角坐標在直角坐標(zh jio zu bio)下：下：Mz為沿在為沿在z軸磁矩軸磁矩5522533(3)xzyzzzBxzM rByzM

2、 rBzrM r第2頁/共19頁第三頁，共19頁。在球坐標在球坐標(zubio)下，磁力線方程：下，磁力線方程：可得：可得：2cosrL/0rrdBdr Bd20sinrrr0是原點到磁力線與赤道面交點的距離。通常以是原點到磁力線與赤道面交點的距離。通常以L（以行星（以行星(xngxng)半徑歸一的距離）和磁緯表示半徑歸一的距離）和磁緯表示令令r=1,可求得不變緯度可求得不變緯度11/2cos (1/)L 第3頁/共19頁第四頁，共19頁。偶極子不夠偶極子不夠(bgu)精確，實際復雜的多，可用精確，實際復雜的多，可用Legendre展開。展開。第4頁/共19頁第五頁，共19頁。發(fā)電機過程的發(fā)電

3、機過程的3個條件：磁場、導體、運動。個條件：磁場、導體、運動。問題：地球內(nèi)部是否具備這些條件？問題：地球內(nèi)部是否具備這些條件？對地球內(nèi)部的認識：對地球深部的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和性對地球內(nèi)部的認識：對地球深部的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和性質(zhì)的認識主要來自地震、重力、地熱、地化、電磁質(zhì)的認識主要來自地震、重力、地熱、地化、電磁感應、地球自由振蕩、隕石、比較行星學等觀測感應、地球自由振蕩、隕石、比較行星學等觀測(gunc)研究和高溫高壓實驗結(jié)果。研究和高溫高壓實驗結(jié)果。第5頁/共19頁第六頁，共19頁。第6頁/共19頁第七頁，共19頁。利用利用(lyng)絕熱流的伯努利積分：絕熱流的伯努利積分：221upconst考慮考

4、慮(kol)到磁層頂?shù)乃俣葹榱愕酱艑禹數(shù)乃俣葹榱?/(1)1(1)2spMp考慮到激波的影響考慮到激波的影響(1)/(1)22 1/(1)11()2(1)/(2spKuM 第7頁/共19頁第八頁，共19頁。假定太陽風壓力假定太陽風壓力(yl)和磁層壓力和磁層壓力(yl)處于平衡處于平衡狀態(tài)：狀態(tài)：22020()2mpaBKuLB0是行星是行星(xngxng)赤道面磁場，赤道面磁場，Lmp為以行星為以行星(xngxng)半徑為單位的磁層頂距離。半徑為單位的磁層頂距離。對于地球?qū)τ诘厍?a=2.441/321/621/6()8.53()107.4()mpEswswLRaKun u第8頁/共19頁第

5、九頁，共19頁。第9頁/共19頁第十頁，共19頁。假定假定(jidng)尾瓣是半圓形的，其磁通量為：尾瓣是半圓形的，其磁通量為：22TTTRFB利用利用(lyng)磁尾的磁壓與太陽風熱壓和磁壓相平衡磁尾的磁壓與太陽風熱壓和磁壓相平衡Psw包含了太陽風的熱壓和磁壓。包含了太陽風的熱壓和磁壓。221/202/()TTswRFp 第10頁/共19頁第十一頁，共19頁。利用利用(lyng)MHD方程建模。方程建模。第11頁/共19頁第十二頁，共19頁。第12頁/共19頁第十三頁，共19頁。類月物體(wt):由絕緣物質(zhì)組成 能直接吸收碰撞到它身上的等離子體 舷激波? 尾跡第13頁/共19頁第十四頁，共19頁。1.引入磁場與上游引入磁場與上游(shngyu)等等離子體流速平行離子體流速平行2.引入磁場與上游引入磁場與上游(shngyu)等等離子體流速垂直離子體流速垂直第14頁/共19頁第十五頁，共19頁。形成形成(xngchng)電離層。太陽風和導電流體相互作用。電離層。太陽風和導電流體相互作