How the IMF $\mathit{B}_{y}$ induces a $\mathit{B}_{y}$ component in the closed magnetosphere and how it leads to asymmetric currents and convection patterns in the two hemispheres
利用Lyon-Fedder-Mobarry全球磁流体动力学模型研究了行星际磁场（IMF）IMF $\mathit{B}_{y}$分量对太阳风与磁层-电离层系统耦合的影响。当IMF与磁场重新连接，IMF $\mathit{B}_{y}$ $\neq$ 0时，通量输运在两半球之间不对称分布。我们描述了$\mathit{B}_{y}$是如何在封闭的磁层的昼侧和夜侧，并提出了控制方程。磁层对电离层施加了不对称的力，对电离层流动的影响表现为扭曲的对流单元模式，通常称为“香蕉”和“橙色”单元模式。不对称地加到波瓣上的磁通导致闭合磁层中的非均匀感应$\mathit{B}_{y}$。通过包括系统的动力学，我们引入了一种机制，预测不对称的伯克兰电流在共轭脚点。不对称的Birkeland电流是由于回流中包含的$\textit {y}$定向张力而产生的。与这些电流，我们预计快速本地化的电离层方位流存在于一个半球，但不一定在其他。我们还提出了电流密度测量活动磁层和行星电动力学响应实验，这是一致的。我们认为，诱导的$\mathit{B}_{y}$产生不对称的Birkeland电流的结果，半球之间的不对称应力平衡。这种不对称性还将导致不对称的足点和电离层中方位流的不对称性。因此，这些现象应统一对待。
2016-06-03 physics.space-ph
Anomalous dynamics of the extremely compressed magnetosphere during 21 January 2005 magnetic storm
分析了2005年1月21日异常磁暴期间昼侧磁层和质子辐射带的动力学特征。我们发现，在1712 - 2400 UT的风暴期间，由于强烈的压缩，太阳下磁层顶持续位于地球同步轨道内。在1846 ~ 2035 UT期间，当快速爆发的暗条的稠密等离子体产生太阳风动压Pd时，压缩非常强烈，峰值超过100 nPa，并首次在地球同步轨道上观测到上游太阳风，观测时间长达2小时。在极端压缩作用下，L > 5的外磁层被向内推挤，能量为几十keV的外辐射带粒子向地球运动，在L < 4的内磁层被加速并聚集，产生了寿命极长的强环电流。的观察结果进行了比较，各种经验和第一原理模型的预测。当最小磁层顶距离为~ 3Re时，所有模型都不能预测极端压缩下的磁层动力学。模型预测和观测之间的不一致可能是由于极端日光层条件造成的等离子体测量失真，这些条件包括非常快的太阳风流（~1000 km/s）和强烈的太阳高能粒子通量。我们推测，如果假设太阳风中He丰度大于20%，则磁层的异常动力学可以很好地被模型所描述，这对于爆发的暗条是很合适的，并且与星团测量中He/H比的上限27%相一致。
2014-02-05 physics.space-ph
Titan Magnetic Tail: Does its Configuration correspond to the Induced Magnetosphere?
卡西尼号在土卫六与克罗尼磁层等离子体的共旋流相互作用区域的多次飞越中观察到的磁场结构与由磁场线覆盖在障碍物周围产生的理想感应磁层的经典图像相矛盾。清晰的披覆只在泰坦的上游被观察到，但在泰坦的磁尾流中没有。我们考虑了泰坦磁尾下游的磁场张力，并表明磁场方向与磁场线叠加产生的感应磁层不一致。我们得出的结论是，替代机制的感应磁层的形成应考虑土卫六的磁环境。
2013-12-04 astro-ph.EP physics.space-ph
Enhanced Phase Space Diffusion due to Chaos in Relativistic Electron- Whistler Mode Wave Particle Interactions in Planetary Magnetospheres
电子和哨声模式波之间的混沌相互作用已被证明提供了一种机制，在相空间中增强扩散。俯仰角扩散与电子散射到损失锥中有关，从而为极光沉淀电子提供了一个来源。平行于背景磁场传播的单个哨声模波与电子发生共振，但这一过程不是随机的。第二个，方向相反的哨声波的存在下，先前已被证明引入系统的随机性，从而增强相空间扩散。在这里，我们概括以前的工作，包括相对论效应。完整的相对论洛伦兹方程数值求解，允许应用到更广泛的参数空间。我们认为参数缩放到内在的行星磁层，电子人口与“煎饼”的速度分布，即在速度空间中的大的各向异性。我们表明，扩散是迅速的，发生在几十个电子gyroperiods的顺序的时间尺度上，是强烈敏感的波的振幅，波的频率和垂直速度。使用旅行者1号的数据，我们给出了一个估计的哨声波振幅在木卫一环面在木星，并表明，两个哨声机制产生的俯仰角扩散高达10度，从最初的煎饼分布，毫秒的时间尺度。
2000-06-27 physics.space-ph
Global Ten-Moment Multifluid Simulations of the Solar Wind Interaction with Mercury: From the Planetary Conducting Core to the Dynamic Magnetosphere
本文首次采用三维十矩多流体模型研究了水星紧耦合的大气-磁层系统。这种新的流体模型采用了非理想的效果，包括霍尔效应，惯性，张量的压力是关键的碰撞磁重联，因此，它是特别适合调查$collisionless$磁重联在水星的磁尾和行星的磁层顶。该模型能够再现所观察到的磁场矢量，场向电流，和交叉尾电流片不对称性（超越MHD方法）和模拟结果与航天器的观测结果吻合良好。我们还研究了水星的磁层响应的一个假设的极端事件与增强的太阳风动态压力，这表明的意义，感应效应产生的电磁耦合的内部。更有趣的是，等离子体团（或通量绳）在事件期间形成于水星的磁尾，表明水星磁层的高度动态性质。
2019-09-21 astro-ph.EP physics.comp-ph physics.plasm-ph
Electron dynamics in small magnetospheres: insights from global fully-kinetic plasma simulations of planet Mercury
水星拥有一个小但高度动态的磁层，其中电子的作用和动力学仍然在很大程度上未知。我们的目标是模拟全球动态的太阳风电子撞击水星的磁层。特别相关的是当地的加速过程和全球环流模式。这项工作的目标是追求通过三维的，完全动力学粒子在细胞模拟建模的相互作用的太阳风与Hermean磁层。这种方法允许一个自洽的表示等离子体动力学从大行星尺度下的电子动力学规模。数值模拟使用两种不同的太阳风条件：纯北或纯南行星际磁场方向。我们发现，高等离子体电流（几个$μ$ A/m ~ 2的顺序）流动的磁层边界（弓形激波和磁层顶）由电子为主。这个电流是由我们的模型中解决的小尺度电子物理驱动的。此外，我们观察到强烈的电子加速高达几十keV的后果时，行星际磁场是指向南方的磁重联。这些高能电子部分被困在行星的偶极磁场中，主要是在夜面。最后，通过研究电子在我们的模拟沿水手10号和BepiColombo第一次水星飞越轨迹的分布，我们建议，这两个航天器观察到这种充满活力的准捕获电子人口最接近的方法。
2022-04-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
The effect of oxygen ions on the stability and polarization of Kinetic Alfvén Waves in the Magnetosphere
动力阿尔文波（KAW）最引人注目的特性之一是，与阿尔文电磁离子回旋（EMIC）波不同，这些波在等离子体框架中是右旋极化的。特别是，这个签名属性是关键的识别KAW从原位测量等离子体波。从理论上讲，质子-电子等离子体中KAW的色散关系和极化特性研究得最多。然而，大多数天体物理和空间等离子体都是多物种的，因此在这些系统中，KAW的色散特性可能不仅取决于质子和电子分布的宏观参数，而且还取决于较重离子的参数。在这里，使用Vlasov线性理论，我们研究的多物种等离子体中的Alfvénic模式的色散特性组成的电子，质子，和O $^+$离子，宏观等离子体参数相关的内磁层。与最近的观察一致，我们的数值计算结果表明，O $^+$离子的存在允许KAW的存在在更宽的波数范围内，并在较小的波法线角相比，电子-质子的情况下，但在同一时间各向同性O $^+$离子往往会减少（甚至抑制）的增长率不稳定的KAW各向异性质子触发。这些结果表明，磁层离子可能发挥重要作用的能量转移从大的宏观尺度到亚离子和电子尺度，特别是在强烈的磁暴，O $^+$离子可以主导的等离子体成分在磁层内。
2021-04-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Interplanetary Magnetic Field $\mathit{B}_{x}$ Component Influence on Horizontal and Field-Aligned Currents in the Ionosphere
统计分析表明，行星际磁场的向阳分量$\mathit{B}_{x}$（地心太阳磁层）对极光强度的影响不大，但很大。这些观测结果被解释为一个类似的行星际磁场$\mathit{B}_{x}$控制伯克兰电流的特征，尚未直接观察到。这样的控制，归因于新打开的磁场线上的磁张力的差异，将导致北（南）半球的$\mathit{B}_{x}$负（正）条件下比$\mathit{B}_{x}$正（负）时更强的区域1（R1）Birkeland电流。在本文中，我们进行了详细的调查，三套不同的磁场测量，从小型小卫星有效载荷和群低轨卫星运载火箭，从活动磁层和行星电动力学响应实验产品来自铱卫星星座，从SuperMAG地面磁强计网络，每个分析使用不同的技术，以测试这些预测。结果表明，$\mathit{B}_{x}$符号的变化使Birkeland电流的变化不超过$\approx$ 10%。目前的模式几乎没有显示出对用来解释极光观测的那种半球间不对称性的支持。相反，我们提出了另一种解释，这是与大多数极光观测和目前的观测，除了那些基于主动磁层和行星电动力学响应实验：太阳风-磁层耦合更有效时，偶极子倾角和$\mathit{B}_{x}$具有相同的符号比当它们是不同的。（继续访问https：//agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/2017JA024864）
2018-08-06 physics.space-ph
Forward Modeling of Spectral-Line Polarization for Weak Magnetic-Field Imaging
Universität Potsdam（波茨坦大学）；Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY)（德国电子同步加速器研究所（DESY））；Nanjing University（南京大学）
提出一种利用基态排列和汉勒效应引起的谱线极化来遥感弱磁场强度和方向的方法，并通过对水星磁层的前向建模验证了其可行性。
2026-10-08 physics.geo-ph physics.space-ph
Drift instabilities in thin current sheets using a two-fluid model with pressure tensor effects
在流体模型中整合动力学效应对于地球磁层的全球模拟非常重要。我们使用一个双流体十矩模型，其中包括压力张量，并已被用来研究重联，研究的漂移扭结和较低的混合漂移不稳定性。使用非局部线性本征模分析，我们发现，对于扭结模式，十矩模型显示出良好的协议与动力学计算与重联模拟中使用的相同的封闭模型，而电磁和静电低杂波不稳定性需要建模的离子共振的影响，使用朗道流体封闭。与动力学模拟和全球磁层模拟的结果的影响进行了比较讨论。
2019-03-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
How the IMF $\mathit{B}_{y}$ Induces a Local $\mathit{B}_{y}$ Component During Northward IMF $\mathit{B}_{z}$ and Characteristic Timescales
利用Lyon-Fedder-Mobarry全球磁流体动力学模型，研究了行星际磁场（IMF）$\mathit{B}_{y}$分量在IMF $\mathit{B}_{z}$ $>$ 0.我们描述了如何在这些条件下磁层$\mathit{B}_{y}$组件上引起闭合场线的演变。从昼侧波瓣重联开始，新重联磁力线上的磁张力使两半球之间的开放磁通量不对称地重新分配。这导致在叶中的不对称的磁能密度。诱导剪切流以恢复平衡，这些流是有效诱导局部$\mathit{B}_{y}$分量的流。我们显示的径向依赖性的诱导$\mathit{B}_{y}$和比较结果的诱导$\mathit{B}_{y}$在向南IMF条件。我们还显示了在北向IMF $\mathit{B}_{z}$期间，内磁层对IMF $\mathit{B}_{y}$反转的响应和重构时间。本文对七颗地球静止运行环境卫星在不同的当地时间对IMF $\mathit{B}_{y}$的正负反转进行了磁场测量的叠加历元分析。我们发现，诱导的$\mathit{B}_{y}$响应在16分钟内的国际货币基金组织$\mathit{B}_{y}$在弓形冲击的到来，它完全重新配置在47分钟内。
2018-08-15 physics.space-ph
The case for studying other planetary magnetospheres and atmospheres in Heliophysics
该研究指出NASA太阳物理学部门仅聚焦地球磁层与大气的局限，提出应将研究拓展至太阳系其他行星，依托其独特环境推动空间等离子体物理基础研究，并建议设立专项资助与探测计划。
2023-08-24 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.space-ph
Revealing the Spatial Distribution of Dust and Plasma Solitary Waves in Jupiter's Innermost Magnetosphere Using Juno Waves Observations
UCLA Department of Earth, Planetary, and Space Sciences（加州大学洛杉矶分校地球、行星与空间科学系）；UCLA SPACE Institute（加州大学洛杉矶分校SPACE研究所）；University of Iowa, Department of Physics and Astronomy（爱荷华大学物理与天文学系）；Princeton University, Department of Astrophysical Sciences（普林斯顿大学天体物理学系）；Jet Propulsion Laboratory（喷气推进实验室）；Southwest Research Institute（西南研究院）
本研究借助朱诺号波探测数据，通过两阶段卷积神经网络分析，揭示了木星最内磁层中尘埃与等离子体孤波的空间分布，拓展了木星环的遥感认知。
2026-10-15 astro-ph.EP physics.space-ph
Non-Maxwellianity of electron distributions near Earth's magnetopause
地球外磁层、磁鞘和太阳风中的等离子体基本上是无碰撞的。这意味着粒子分布通常不处于热力学平衡，并且显著偏离麦克斯韦分布。这些分布的偏差可以通过等离子体过程，如冲击，湍流和磁重联进一步增强。这样的分布对于各种各样的动力学等离子体不稳定性可能是不稳定的，这反过来又修改了电子分布。本文利用磁层多尺度（MMS）航天器的数据计算和量化了观测到的电子分布与双麦克斯韦分布函数的偏差。对数千万个电子分布的统计研究表明，观测到的非麦克斯韦性的主要来源是地球低密度磁层中由不同的热分量和冷分量组成的电子分布。这导致在低密度下的大的非麦克斯韦性。然而，在进行统计研究后，我们发现在给定的密度下观察到大的非麦克斯韦性的区域。高度非麦克斯韦分布经常被发现是地球的弓形激波，在地球的外磁层，并在磁重联的电子扩散区。增强的非Maxwellianities中观察到的湍流磁鞘，但间歇性和不相关的本地过程。探讨了非麦克斯韦性增强的原因。
2021-02-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Systematic Characterization of Low Frequency Electric and Magnetic Field Data Applicable to Solar Orbiter
我们提出了一个系统的和物理动机的表征不相干或相干的电场和磁场，例如测量的低频接收器板上的太阳轨道飞行器航天器。该表征利用了电场和磁场的3+3复数笛卡尔分量的36个自相关/互相关;因此，它们在场强方面是二阶的，因此具有物理尺寸能量密度。虽然这种6x6相关矩阵已经成功地应用于以前的太空任务，但它们不是物理量;因为它们不是明显的时空张量。在本文中，我们提出了一个系统的表示的36度的自由度的部分相干电磁场作为一组明显的协变时空张量，我们称之为规范电磁观测量（CEO）。作为一个例子，我们应用这种形式主义来分析实际数据，从合唱团发射中纬度磁层，登记的STAFF-SA仪器板上的探测器-II航天器。我们发现，CEO分析增加了可以从STAFF-SA数据集提取的信息量;例如，无功能量通量密度，这是CEO参数之一，比单独的有功能量（坡印廷）通量密度更直接地识别电磁辐射的源区。
2006-11-07 physics.space-ph
Statistical study of particle acceleration in the core of foreshock transients
几种类型的前震瞬变上游地球的弓形冲击拥有一个细长的，热的核心进行了观察和模拟。由于其核心的低动态压力，这些现象可以显着干扰弓激波和磁层-电离层系统。最近的观测还表明，前震瞬变可使粒子加速，当粒子向地球传输时，可影响空间天气。理解前震瞬变加速粒子的潜力可以帮助我们理解地球和其他行星和天体物理系统的冲击加速。为了进一步研究前震瞬变的加速潜力，我们对前震瞬变核心中的离子和电子迁移进行了统计研究。我们发现，电子能量通常会增加，显然是由于内部加速过程，而正如预期的那样，离子能量通常会降低，以支持瞬态形成和膨胀。然而，在某些事件中可以看到离子能量的增强，这表明内部离子加速过程也是如此。前震瞬变的形成条件与太阳风磁场强度弱、太阳风速度快有关。离子和电子密度与太阳风速度也呈正相关。
2017-06-15 physics.space-ph
Canonical Electromagnetic Observables for Systematic Characterization of Electric and Magnetic Wave Field Data on board Spacecraft
本文提出了部分相干电磁波矢量场的一种新的特征，这种特征是基于电磁波场的3+3复笛卡尔分量的36个自相关/互相关，特别适用于分析航天器上的电磁波数据。来自航天器上的电磁波仪器的数据通常作为数据阵列处理。然而，这些数据数组本身没有物理解释;它们只是一种方便的存储格式。相比之下，这里提出的表征包含完全相同的信息，但在明显的协变时空张量的形式。我们称这种数据格式为规范电磁可观测量（CEO），因为它们对应于唯一的物理可观测量。其中一些是已知的，如能量密度，坡印亭通量，应力张量等，而其他人应该在未来的空间研究有关。作为一个例子，我们使用这种形式主义来分析数据，从合唱团发射中纬度磁层，记录的STAFF-SA仪器板上的探测器-II航天器。
2009-02-04 physics.geo-ph physics.space-ph
