Low-dimensionality and predictability of solar wind and global magnetosphere during magnetic storms
风暴指数SYM-H、太阳风速度v和行星际磁场Bz在平静期没有显示低维动力学特征，但时间序列中的确定性检验表明，SYM-H在风暴期间表现出显著的低维分量，这表明在磁暴期间发生了自组织。尽管我们的分析没有产生明显的变化，在磁暴期间的太阳风参数的确定性，有显着增强的可预测性和指数测量持久性。因此，磁暴发生之前，太阳风动态的持续性通常会增强，而磁层对太阳风的响应也会增强。
2011-05-24 physics.space-ph
Organization of the magnetosphere during substorms
通过分析各种地磁指数、行星际磁场z分量和太阳风流速，研究了亚暴期间磁层组织程度的变化。我们的结论是，磁层自组织全球亚暴期间，但无论是磁层还是太阳风变得更可预测的亚暴的过程中。这一结论是基于对2000年至2002年期间500次亚暴的分析。一个最小的动态随机模型的驱动磁层再现许多统计特征的亚暴指数进行了讨论。
2011-05-25 physics.space-ph
Peculiarities of the Solar-Wind/Magnetosphere Coupling in the Era of Solar Grand Minimum
本研究利用1976-2019年OMNI数据库数据，分析第21-24太阳活动周太阳风及相关参数变化，发现太阳活动极小期时代CIR引发磁暴占比上升，且太阳风参数降低可能改变太阳风与磁层的相互作用性质。
2022-05-15 astro-ph.SR physics.space-ph
Magnetic Storm-substorm Relationship and Some Associated Issues
撞击的太阳风及其磁场扰动了地球的磁层，并产生了磁暴和亚磁暴。在向南（向北）的IMF期间，地球的磁层膨胀（收缩）。结果表明，这些磁层的膨胀和收缩帐户的磁暴亚暴的关系，分叉的磁尾和θ极光的外观知之甚少。定量理论和计算与建议的模型一致的太阳风/IMF磁层耦合。中午前和中午后的磁层顶的凹痕，预计将出现在一个长期的强北IMF。磁层的收缩和膨胀积累了太阳风等离子体及其磁场。积累的能量被输送到极地地区，并造成极光活动加剧。
2005-02-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Oxygen and hydrogen ion abundance in the near-Earth magnetosphere: Statistical results on the response to the geomagnetic and solar wind activity conditions
离子的组成对地球磁层等离子体的基本性质起着至关重要的作用。本文研究了近地球磁层中-10 RE<XGSE}< 10 RE范围内的氢氧比。这些结果是根据7年来从集群卫星上的RAPID和CIS仪器在~10 keV至~955 keV能量范围内进行的离子通量测量得出的。我们发现：（1）~10 keV氢离子与地磁条件和行星际磁场变化只有微弱的相关性。（2）在磁暴或亚磁暴的扰动阶段，~10 keV O+离子强度比>274 keV O+离子强度对氢离子强度的影响更大;（3）与~10 keV离子相比，>274 keV的O+离子在生长阶段表现出最强的加速作用，而在膨胀阶段本身则没有。（4）电离层离子流出强度的平静时间和扰动时间之比与在近地球磁层中观测到的>274 keV的情况相似。因此，在扰动时间内高能离子强度的增加更可能是由于电离层源的强化而不是更有效的加速。总之，近地球磁层中的磁共振过程是质量相关的，并且对较重的离子更有效。
2012-10-16 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar wind entry into Mercury's magnetosphere: Simulation results for the second swingby of BepiColombo
该研究使用AIKEF三维混合模型模拟BepiColombo第二次水星飞掠，重建沿轨质子能谱并揭示太阳风质子进入磁层及其能量与区域特征。
2025-01-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph 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
The Pattern of Solar Wind-Magnetosphere Interaction and Its Universality
地球磁层的多尺度膨胀和收缩解释了磁暴-亚暴关系的基本问题。这种磁层行为与宇宙的3D-快-内振荡动力学分形结构模型一致。这种类似分形的结构解释了最近和最遥远的宇宙之间令人困惑的相似性，以及所观测到的星系分布的计算分形维数。引入的动态分维d（r）和统一力的公式/ F（r）= ma（r）=常数/[r]exp（d（r））/为定性和定量建模提供了新的基本框架。描述了基于动态分形的评估和预测。
2005-06-14 physics.gen-ph physics.space-ph
Parametric study of the solar wind interaction with the Hermean magnetosphere for a weak interplanetary magnetic field
本研究的目的是模拟行星际磁场较弱时太阳风与Hermean磁层的相互作用，对ENLIL + GONG WSA + Cone SWRC模型预测的水星上太阳风的所有流体动力学值范围进行参数研究：密度从$12$到$180$ cm $^{-3}$，速度从$200$到$500$ km/s，温度从$2 \cdot 10^4$到$18 \cdot 10^4$ K，并与实际的MESSENGER轨道作了比较。我们使用的代码PLUTO在球坐标系和非对称多极展开的Hermean磁场。研究表明，所有的模拟都有一个大于水星半径的距离，并且在行星的白天一侧存在近磁场线，因此如果行星际磁场很弱，太阳风的动态压力就不足以推动行星表面的磁层顶。大的动态压力的模拟导致一个大的压缩的Hermean磁场修改其在内部磁层的拓扑结构，以及等离子体流从磁鞘朝向行星表面。
2016-08-11 astro-ph.EP physics.space-ph
The exoplanetary magnetosphere extension in Sun-like stars based on the solar wind -- solar UV relation
太阳活动水平通过太阳风特性控制地球磁层的扩展。理解太阳系中的这种关系对于预测类太阳恒星附近的系外行星磁层的状况也很重要。我们使用测量的色球代理，钙II K指数，和太阳风OMNI参数连接的太阳活动的变化，在十年的时间尺度上，太阳风属性。这些数据跨越了1965-2021年的时间间隔，几乎完全涵盖了过去5个太阳活动周期。利用互相关和互信息分析，发现太阳风速度与Ca II K指数之间存在3.2年的滞后，而考虑动压时，太阳风速度与Ca II K指数之间存在3.6年的滞后。发现了太阳风动压和太阳紫外辐射之间的相关性，并利用它导出了地球磁层顶离地距离。此外，使用色球代理的优势，如钙II K指数，打开了可能性，以扩大发现的关系，太阳类太阳的恒星，通过连接恒星的变化，恒星风的属性。该模型被应用到一个样本的类太阳恒星作为一个案例研究，我们假设存在一个类地系外行星在1 AU。最后，我们比较我们的结果与以前的估计磁层扩展相同的类太阳恒星。
2023-01-06 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Interaction between the turbulent solar wind and a planetary magnetosphere: a 2D comet example
使用新开发的代码\emph{Menura}，我们提出了第一个全球图片之间的相互作用的湍流太阳风和行星障碍，在我们的太阳系，即彗星。这第一次出版的目的是脱落的上游太阳风湍流的宏观影响的彗星诱导磁层的灯。使用混合粒子在细胞模拟代码，我们模拟一个中等活动彗星，使用湍流和层流太阳风输入，两个制度之间的直接比较。我们展示了如何湍流特性的太阳风导致一个较小的障碍物的大小。然后，我们提出了如何上游湍流结构，跟踪垂直磁场波动缺席层流的情况下，自洽披盖和堆积在周围的致密的内彗发，形成强烈的等离子体团下游的核，拉开密集的彗星离子泡。这种伪周期性侵蚀现象重新引导了全球彗星离子逃逸，因此，在湍流情况下，发现最里面的彗发平均比通过模拟层流上游流预测的密度低45%。
2023-01-20 astro-ph.EP physics.space-ph
A Gauge Condition for Studying the Origin of Intrinsic Magnetospheres
我们提出了一个基于磁流体力学（MHD）方程解的分析模型来研究内禀磁层的起源。为此，我们揭示了一个新的电磁矢势规范条件，它简化了这种复杂系统的非线性方程组的求解。利用这个模型，我们分析了由于太阳风的存在而引起的地球磁场的变形。通过与实验观测的比较，我们发现地球磁场偏离太阳风前后磁层的几何结构没有明显变化，太阳风应该具有有限的电导率。该模型也可用于流体和磁不稳定性的线性稳定性分析。
2014-02-10 physics.ao-ph physics.space-ph
Response of the Earth's magnetosphere and ionosphere to solar wind driver and ionosphere load: Results of global MHD simulations
通过对太阳风-磁层-电离层系统的三维全球磁流体动力学模拟，研究了在行星际磁场（IMF）为纯南向磁场的情况下，磁层重联电压、电离层跨极电势和场向电流（FACs）与太阳风驱动因子和电离层负载的关系.结果表明，重联电压和跨极电势随Pedersen电导（$Σ_{\rm P}$）的减小、向南IMF强度（$B_{\rm s}$）的增大和太阳风速度（$v_{\rm sw}$）的增大而单调增大。此外，当$B_{\rm s}$和$v_{\rm sw}$增加时，区域1和区域2的FACs都增加，而两个电流响应于$Σ_{\rm P}$而表现不同。随着$Σ_{\rm P}$的增加，区域1 FAC单调增加，但区域2 FAC对$Σ_{\rm P}$的增加表现出非单调响应：它首先在（0，5）西门子范围内增加，然后在$Σ_P >$ 5西门子范围内减少。
2009-04-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Slow modes in the Hermean magnetosphere: effect of the solar wind hydrodynamic parameters and IMF orientation
本研究的目的是模拟Hermean磁层中的慢模结构。我们使用单流体MHD模型和多极展开的北移Hermean磁场，进行模拟与不同的太阳风参数，预见最有利的配置形成的慢模式，注意到太阳风的密度，速度，温度和行星际磁场方向。如果行星际磁场与水星-太阳方向、水星磁轴向北或行星轨道平面对齐，则在南极附近观察到慢模结构。如果方向是太阳-水星或北向，则在北极附近观察到慢模结构，但与南极附近的结构相比较小。增加密度或太阳风速度可避免慢模结构的形成，而在北向行星际磁场取向的情况下，由于弓形激波压缩的增强，在大于$6.25 \cdot 10^{-9}$ Pa的动压条件下不会观察到慢模结构。如果太阳风温度升高，则慢模结构变宽，因为音速马赫数变小，弓形激波压缩程度变小。
2016-08-15 astro-ph.EP physics.space-ph
Magnetospheric ULF waves driven by external sources
多航天器任务（集群和THEMIS）观测允许收集超低频（ULF）波的属性，它们的定位和来源的大型数据库。在这里，我们主要关注这些最近的结果。研究超低频波的来源和特征有助于理解太阳风与磁层的相互作用和能量输运。在这里，我们介绍了不同的太阳风现象产生的超低频波的特点：表面磁层顶不稳定性，磁层腔模和太阳风动态压力突然脉冲（SI）穿透到磁层。ULF波的永久观测涉及永久源的存在，并且如先前的研究所示，外部源对Pc 4-Pc 5 ULF波功率的贡献大于内部磁层源的贡献。Kelvin-Helmholtz不稳定性（KHI）可以在磁层两侧产生经典的超低频共振波，其振幅极大值具有空间局域性。观察表明，KHI开发的约束满足是相当罕见的。在太阳风动压作用下，SI产生不同偏振态的超低频波，其频率接近于局域场线共振（FLR）的频率。太阳风动力学的广泛时间和幅度特征可以产生磁层腔模和磁声扰动，这些扰动穿透磁层并与局部FLR模耦合。所观察到的超低频波的性质对它们的本地化的依赖性很好地对应于这些源和它们的发生。
2015-12-03 physics.space-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
Impact of Solar Wind Depression on the Dayside Magnetosphere under Northward Interplanetary Magnetic Field
我们提出了一个后续研究的敏感性，地球的磁层太阳风活动使用粒子在细胞模型[巴拉卡和本Jaffel，2007年]，但在这里向北IMF。磁层空腔的形成和它的伸长是由磁层平行波瓣的经典结构得到的。通过改变太阳风的整体速度来模拟太阳风动压的下降，然后将其恢复，从而将脉冲扰动施加到系统。作为对这种干扰的反应，在进入的太阳风等离子体中出现了一个缺口（突然的低压），它正朝着地球移动。间隙的尺寸为~15RE，并且与先前针对Bz <0和Bz = 0两者获得的尺寸相当。在扰动的初始阶段，向阳侧磁层顶（MP）的扩展速度比以前的情况下，IMF的取向作为一个结果的抑郁症。由于向北的IMF加强了MP的外边界，MP的大小呈非线性扩展。此外，在最初的100 Δ t期间，MP从13.3 RE收缩至~9.2 RE，然后开始扩张;这种现象在南部IMF条件下也观察到，但在无IMF情况下则没有观察到。当他们感觉到太阳风的低压时，尖点在高空变宽，同时以直立的姿势拖曳。对于磁场的拓扑结构，磁层场和磁鞘场之间的重连在向北和向南的尖点区域都被清楚地观察到。此外，在向北IMF条件下的尾部区域更局限，相反，在向南IMF的情况下获得的鱼尾形状。与Bz = 0和Bz <0时的~103 RE和~80 RE相比，在~110 RE处的尾部形成X点。我们的研究结果是一致的，从许多空间天文台的预测，提出进一步测试我们的模拟技术与现有的报告。
2010-12-28 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
The State of the Solar Wind, Magnetosphere, and Ionosphere During the Maunder Minimum
直接观测和各种数据集的重建都表明，蒙德极小期（MM）期间的条件与太空时代完全不同。利用磁流体模型，我们开发了一套可行的解决方案，以推断在此期间的太阳风的属性。此外，我们使用这些结果来驱动全球磁层模型。最后，使用2008/2009年太阳极小期作为MM条件的上限，我们使用国际参考电离层（ILI）模型的结果来推测电离层的状态。结果描述了行星际，磁层和电离层的条件，与今天有很大的不同。举例来说：（1）太阳风密度和磁场强度低了一个数量级;（2）地球的磁层顶和激波间隔距离大了两倍;（3）电离层中的最大电子密度大大降低。
2018-03-19 astro-ph.SR physics.space-ph
A Fresh Look into the Interaction of Exoplanets Magnetosphere with Stellar Winds using MHD Simulations
本研究利用 GAMERA MHD 代码模拟不同恒星与行星类型的星际磁场相互作用，并探讨了轨道距离与潮汐锁定对磁层-电离层系统总功率的影响。
2024-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Radio emission in Mercury magnetosphere
活动恒星拥有磁化风，对行星有直接影响，可能导致无线电发射。水星是研究太阳风和行星际磁场对行星磁层中驱动的无线电发射的影响的一个很好的测试案例。这些研究可用作表征系外行星磁场拓扑和强度的替代指标。目的：本研究的目的是量化Hermean磁层中的无线电发射。研究方法：利用球坐标系下的MHD程序PLUTO，对Hermean磁场进行轴对称多极展开，分析了行星际磁场（IMF）的方向和强度，以及太阳风的流体动力学参数（速度、密度和温度）对Hermean昼夜侧净耗散功率的影响。我们应用Zarka [2001，2007]导出的形式主义来从净耗散功率推断无线电发射水平。我们进行了一组模拟与不同的流体动力学参数的太阳风，IMF的方向和强度，使我们能够计算耗散的功率分布和推断无线电发射热点的存在，在行星的一天，并计算综合无线电发射的Hermean磁层。结果如下：所获得的无线电发射分布的耗散功率是由国际货币基金组织的方向（与磁层中的重联区域），虽然无线电发射强度是依赖于国际货币基金组织的强度和太阳风水文参数。计算的总无线电发射水平与[Zarka，2001]中估计的水平一致，在$5 \times 10^{5}$和$2 \times 10^{6}$ W之间。
2016-08-11 astro-ph.EP physics.space-ph
The Interplanetary Magnetic Field and Solar Wind Driven Magnetospheric Reconfiguration
磁干扰与电流有关，因为它在实验室规模下得到了很好的检验，并由电磁场的麦克斯韦方程组描述。对超过四分之一个世纪的航天器观测数据进行分析，未能提供一幅关于太阳风-磁层发电机产生的磁层和电离层电流系统的自洽三维图像。提出的太阳风和行星际磁场（IMF）驱动的地球磁层的重新配置直接占观测到的磁扰动。因此，磁层电流的作用，在创建的磁扰动是根据一些了解不多的观测重新考虑。与观测的定量协议进行了论证和实验室实验，以测试建议的模型的太阳风/IMF磁层相互作用的描述。
2003-01-02 physics.gen-ph physics.space-ph
Study of the solar wind-magnetosphere coupling on different time scales
太阳风-磁层耦合及其原因和后果在过去几十年中一直受到研究。然而，对太阳、等离子体和行星际空间磁场流动不断变化的行为及其对地磁活动的影响的评估仍然是一个深入研究的课题。寻找最佳耦合函数对于空间天气预报也很重要。我们用四个地磁指数（ap，aa，AE和Dst）作为地球磁层中地磁活动水平的参数。除了这些指标，我们利用各种太阳风等离子体和场参数相应的时期。我们分析的地磁活动和等离子体/场参数在每年，半年，27天，每天，3小时，每小时的时间分辨率。回归分析使用不同时间分辨率的地磁和太阳风数据，在一个连续的长时间内，在不同阶段的太阳活动（增加包括最大/减少包括最小），使我们建议，两个参数BV/1000（mV/m）和BV 2（mV/s）是高度相关的所有四个地磁活动指数，不仅在任何特定的时间尺度，但在不同的时间尺度。它可能暗示了行星际电势波动/变化的某种作用，其空间变化[即，行星际电场BV（mV/m）]和/或时间变化[BV 2（mV/s）]影响重联率。
2013-12-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.data-an
The Evolution of Earth's Magnetosphere During the Solar Main Sequence
当一颗恒星在主序星期间向下旋转时，它的风属性会受到影响。在这项工作中，我们调查如何地球磁层已响应于太阳风的变化。地球磁层模拟使用三维磁流体动力学模型，将不断变化的本地属性的太阳风。另一方面，太阳风是在1.5D中建模的，其旋转速率范围Omega是当今太阳旋转（Omega_sun）的50到0.8倍。我们的太阳风模型使用了磁场强度、基础温度和密度的经验值，这些值来自于对类太阳恒星的观测。我们发现，旋转率~10 Ω_太阳，地球磁层是大大小于它是今天，表现出强烈的弓形冲击。当太阳向下旋转时，磁层顶的离地距离在较高的旋转速率下（早期年龄，> 1.4 Ω_sun）随Ω ^{-0.27}而变化，在较低的旋转速率下（老年，< 1.4 Ω_sun）随Ω ^{-2.04}而变化。这种突变是太阳风演化所采用的经验性质的结果。我们还看到了磁层顶距离和太阳下线上的激波厚度之间的线性关系，对于大多数的演变（< 10 Ω_太阳）。一个年轻的快速旋转的太阳可能有高达30到50欧米茄太阳的旋转速率。在这些推测的情况下，在30 Ω_太阳，一个弱的冲击会形成，但对于50 Ω_太阳，我们发现，没有弓形冲击可能存在于地球磁层周围。这意味着随着太阳继续向下旋转，强烈的冲击会在我们的星球周围发展，并在太阳主序的大部分时间内保持。
2019-09-09 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Physics-Informed Neural Networks for Modeling the Martian Induced Magnetosphere
Boston University（波士顿大学）
本文利用基于物理的神经网络结合MAVEN观测，首次构建了火星诱导磁层磁场的数据驱动模型，揭示了磁场配置对日风参数的依赖关系。
2025-12-18 astro-ph.EP cs.LG physics.space-ph
Radial diffusion in corotating magnetosphere of Pulsar PSR J0737-3039B
PSR J 0737 $-$ 3039 A/B系统中与脉冲星B相关的丰富观测现象在许多方面类似于地球和木星磁层中观测到的现象，起源于风-磁层相互作用。研究了脉冲星B快共转磁层中自旋周期小于第三绝热周期的粒子动力学。我们表明，被困粒子偶尔经历大的径向变化的L-参数（有效径向距离）由于参数的相互作用的回转运动与大规模电场诱导的磁层的变形，在什么可以被称为电子感应加速器引起的扩散。脉冲星B磁层内的脉冲星A风中的粒子动力学受马蒂厄方程控制，因此参数不稳定轨道偶尔会被激活;粒子动力学本身并不是扩散性的。该模型解释了脉冲星B闭合场线上的高等离子体密度，以及观测到的食区比流体动力学模型预测的小几倍的事实。
2022-06-13 astro-ph.HE physics.space-ph
Triggering the magnetopause reconnection by solar wind discontinuities
本研究结合多航天器观测与全球混合模拟，揭示太阳风旋转间断面与磁层顶切向间断面相互作用可触发磁重联并导致等离子体混合，该机制或可推广至其他恒星风环境。
2023-12-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
One year in the Earth's magnetosphere: A global MHD simulation and spacecraft measurements
利用三维磁流体动力学（MHD）模型研究了地球磁层对变化的太阳风条件的响应。利用大统一磁层-电离层耦合模拟（GUMICS-4）磁流体动力学程序模拟了一整年（155个星团轨道）的地球磁层。真实的太阳风测量值作为输入给代码，以创建迄今为止持续时间最长的全球磁流体动力学模拟。模拟结果的适用性主要取决于模型中使用的输入参数。因此，OMNIWeb数据的有效性和方差的第一次彻底调查使用集群测量接近弓激波。OMNIWeb和集群数据被发现相关性很好，弓激波前。从$L_1$拉格朗日点到前震，太阳风磁场和等离子体参数没有明显变化，因此OMNIWeb数据是GUMICS-4的合适输入。通过从模拟结果和Tsyganenko（T96）模型的磁场映射来确定簇SC 3足迹，以比较两种方法。确定的足迹是在相当好的协议与T96。然而，人们发现，在安静的条件下，足迹同意在北半球比南半球更好。如果By不为零，则GUMICS-4和T96足迹在南半球的经度上的一致性较差。总的来说，这项研究意味着三维MHD模型可以增加我们对磁层对太阳风条件的响应的了解。
2016-04-27 physics.space-ph
Planetary magnetosphere evolution around post-main-sequence stars
伴随着对围绕白矮星和巨星运行的行星的越来越多的探测，是关于它们的物理历史和演化的问题，特别是关于它们的大气层的可探测性和可居住性的潜力。在这里，我们确定行星磁层的大小如何随着时间的推移，从主序结束到白矮星阶段，由于猛烈的风的红巨星和渐近巨星分支恒星。通过使用半解析公式，我们研究了行星类型，行星轨道和恒星宿主质量（1- 7 Msun）的整个相关相空间。我们发现，在巨分支阶段的某个时刻，行星的磁层总是会被压扁，除非行星的磁场强度至少比木星的当前值高两个数量级。我们还表明，恒星风和密度的时间变化产生的风冲压压力的净增加，并不允许磁层保持在任何时候的磁场强度小于10^{-5} T（0.1 G）。这种缺乏保护的现象暗示，目前可能适合居住的行星围绕着白矮星运行，以前可能是不适合居住的。
2021-06-18 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Slow-mode rarefaction and compression fronts in the Hermean magnetosphere: From MESSENGER insights to future BepiColombo observations
本研究结合MESSENGER磁强计数据与PLUTO代码的磁流体动力学模拟，确定水星磁层慢模结构形成的最优太阳风条件为行星际磁场北向或径向，并通过2011年9月8日的观测数据找到该结构的间接证据，为未来BepiColombo观测提供参考。
2023-11-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
AuroraMag: Twin Explorer of Asymmetry in Aurora and Solar Wind-Magnetosphere Coupling
本文提出AuroraMag双小卫星任务概念，通过极轨双星同时观测南北极光X射线并进行粒子、磁场和温度就位测量，旨在首次系统研究太阳风-磁层耦合的半球不对称性。
2024-02-22 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
Magnetospheric Venus Space Explorers (MVSE) Mission: A Proposal for Understanding the Dynamics of Induced Magnetospheres
针对单航天器研究感应磁层的局限，提出由三颗科学卫星加一颗中继星组成的MVSE金星探测任务，可同步观测太阳风与感应磁层，研究其时空变化与能量转移，并给出完整任务设计。
2023-12-12 physics.space-ph
Scaling and singularity characteristics of solar wind and magnetospheric fluctuations
初步结果表明，太阳风和地基磁波动的标度和奇异性特征似乎是太阳风-磁层相互作用过程中的一个重要组成部分。关键的重要性是"磁湍流"的不稳定性，如地面和太阳风磁数据所示。本文所用的方法（平坦度估计和多重分形谱）是研究流体或MHD湍流的常用方法。结果表明，单站磁涨落特征与多站AE指数特征不同。然而，在这两组数据中，太阳风波动的影响是可以识别的。太阳风磁波动的标度/奇异性特征与相应的地磁响应之间的相关性在一些情况下得到了证明。本文还讨论了磁层顶斑片重联过程和内磁层动力学的强迫或/和自组织临界性（F/SOC）。
2004-11-05 physics.plasm-ph physics.space-ph
Response of the Jovian thermosphere to a transient `pulse' in solar wind pressure
木星热层在磁层-电离层耦合方面的重要性在磁层物理学中经常被忽视。我们提出的第一项研究，调查木星热层的响应瞬态变化的太阳风动态压力，使用一个方位对称的全球环流模型耦合到一个简单的磁层和固定的极光电导率模型。在我们的模拟中，木星磁层遇到太阳风冲击或稀疏区，随后被压缩或扩大。我们提出了随后的耦合电流，热层流动，加热和冷却条款，和极光这些瞬态事件的响应。瞬态压缩导致磁层-电离层耦合电流和热层与磁层之间的动量传递相对于稳态发生逆转。它们还导致焦耳加热速率至少增加两倍。离子曳力显著地改变了热层中性粒子的动能，这取决于磁层是压缩还是膨胀。局部温度变化出现在~ -45和175 K之间的压缩方案和~ -20和50 K的膨胀情况。扩展区域的向赤道流动开发后的压缩事件-我们讨论了这种行为对全球能量输送的影响。压缩和膨胀都导致热层中耗散或沉积的总功率增加约2000 TW。在极光过程中，瞬态压缩增加主椭圆形紫外线发射的4.5倍，而瞬态膨胀增加这个主要的排放量由一个更温和的37%。这两种类型的瞬变事件的原因在主椭圆的位置，高达1度纬度的变化。
2013-12-06 astro-ph.EP physics.space-ph
Comparing 1-year GUMICS-4 simulations of the Terrestrial Magnetosphere with Cluster Measurements
本研究将GUMICS-4全球磁流体力学模型的1年期模拟结果与Cluster SC3卫星的测量数据对比，验证了模型在不同磁层区域的预测准确性，明确了各区域的预测效果差异及成因。
2023-05-05 physics.space-ph
Titan interaction with the supersonic solar wind
卡西尼号飞船在土星系统内停留9年后，终于在超音速太阳风中观测到土卫六。这些独特的观测结果表明，土卫六与太阳风的相互作用在许多方面与非磁化行星火星和金星相似，尽管外太阳系的太阳等离子体性质不同。特别是，卡西尼号探测到一个无碰撞的超临界弓形激波和一个定义明确的感应磁层，磁层充满了质量负载的行星际磁场线，覆盖在泰坦电离层周围。虽然飞越高度可能不允许探测电离层顶，但卡西尼号报告了与其感应磁层侧翼的等离子体云或流光相兼容的等离子体密度增强，或由于感应磁层的扩张。由于上游的条件，这些观测结果也与外太阳系的非磁化天体有关，如冥王星，预计动力学过程将占主导地位。
2014-10-15 astro-ph.EP physics.space-ph
Expansion of a plasma cloud into the solar wind
采用三维混合粒子模拟方法（3D PIC）模拟了太阳风中等离子体云的膨胀过程，包括激波形成、磁场压缩以及太阳风离子在等离子体泡周围的偏转等。这个系统的磁层的相似之处也被指出。
2008-02-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
A statistical study of the properties of large amplitude whistler waves and their association with few eV to 30 keV electron distributions observed in the magnetosphere by Wind
作为Kellogg等人研究的补充，我们利用Wind航天器的波形捕获数据对地磁层内的超大振幅哨声波的特征进行了统计研究，[2010年b]。我们使用来自Wind航天器的电（磁）场数据观察了244（65）个哨声波，发现约40%（约62%）的波具有>/- 50 mV/m（>/- 0.5 nT）的峰间振幅。我们提出了一个例子波形捕获的最大磁场振幅（>/- 8 nT峰-峰）哨声波曾经报道的辐射带。与此波相关的坡印廷通量估计值为>/- 300微瓦/米^2，比先前的估计值高出大约四个数量级。如此大的坡印廷通量值与电子的快速扩散是一致的。大多数最大振幅哨声发生在磁活跃期（AE > 200 nT）。观测到的波相对于磁场的传播角范围很宽，0° </- θ kB < 90°，这表明波的传播角与磁纬没有一致的变化。这些结果与哨声都是在赤道产生，沿磁场传播，以及观测到的不均匀性是由于传播效应的想法不一致。我们还确定了与哨声波同时观察到的三种类型的电子分布，包括束状分布、束/平顶分布和各向异性分布。哨声表现出不同的特性取决于所观察到的电子分布。在我们的研究中观察到的波形的f/f_ce </- 0.5，主要是在辐射带中观察到的，同时具有各向异性的电子分布。
2011-01-17 physics.space-ph
Pressure balance at the magnetopause: Experimental studies
磁层顶的压力平衡一方面是由磁鞘中的磁场和等离子体形成的，另一方面是由磁层内的等离子体形成的。在偶极子地球磁场位形和绕磁层流动的气体动力学太阳风的方法中，压力平衡预言磁层顶距离R依赖于太阳风动力压力Pd，是一个幂次函数R ~ Pd^alpha，其中指数alpha=-1/6。在实际的磁层中，磁场是由其他来源所贡献的：查普曼-费拉罗电流系统、场向电流、尾电流和暴时环电流。这些来源的净贡献取决于特定的磁层区域，并随太阳风条件和地磁活动而变化。因此，压力平衡的参数，包括功率指数α，取决于在磁层顶和地磁活动的本地位置。此外，太阳风能量向磁鞘的非线性传递会影响压力平衡，特别是对于行星际磁场矢量与太阳风等离子体流一致的太阳弓激波形成的准径向区域。
2011-10-24 astro-ph.EP physics.data-an physics.plasm-ph
Solar Wind Driving of Magnetospheric ULF Waves: Pulsations Driven by Velocity Shear at the Magnetopause
我们目前的结果，从全球，三维磁流体动力学（MHD）模拟的太阳风/磁层相互作用。这些MHD模拟被用来研究超低频（ULF）脉动在地球的磁层顶的侧翼剪切不稳定性驱动。我们用理想化的恒定太阳风输入参数驱动模拟，确保模拟磁层中产生的任何离散ULF脉动不是由于太阳风的波动。在这项研究中提出的模拟是由纯粹的南向行星际磁场（IMF）的条件下，只改变太阳风的驱动速度，而保持所有其他太阳风输入参数不变。我们发现黎明和黄昏侧翼磁层顶附近的表面波，并表明，这些波产生的开尔文-亥姆霍兹（KH）不稳定性。我们还发现在磁层顶边界附近产生了两个KH模。一种模式，磁层顶KH模式，沿磁层顶边界尾部传播。另一种模式，即内KH模式，沿边界层（IEBL）的内缘向尾部传播。我们发现大涡结构与内部KH模式，集中在IEBL。计算了两种KH模式的相速度、波长和频率。KH波被发现是相当单色的，具有明确的波长。此外，内模和磁层顶KH模耦合，导致低纬边界层的耦合振荡。计算了边界层厚度$d$，发现当$kd$ = 0.5--1.0时，波增长最大，其中$k$是波数，与KH不稳定性的线性理论一致。我们简要地评述了这些KH波在辐射带电子的激发和输运中的有效性。
2010-10-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
The magnetic structure of Saturn's magnetosheath
行星的磁鞘从弓形激波的下游延伸到磁层顶，在那里太阳风绕磁层偏转，太阳风嵌入的磁场线被覆盖。这使得该区域成为等离子体湍流、不稳定性、重连和等离子体耗尽层的重要场所。相对较高的阿尔文马赫数太阳风和极平的磁层使得土星的磁鞘在物理和几何上都不同于地球。极区变平将影响磁鞘磁场结构，进而影响太阳风与磁层的相互作用。在这里，我们调查的磁场的磁鞘的期望，极性扁平化表现在整体披覆图案。我们将2004年至2010年间卡西尼号数据的积累与全球磁流体动力学（MHD）模拟和代表轴对称边界之间覆盖场的分析模型进行了比较。测量的悬垂图案被很好地捕获，并在广泛的协议，为给定的上游条件下的MHD模拟（其中包括极性扁平）。与分析模型的偏差，没有极性扁平的基础上，表明非轴对称性始终是磁层的全球结构的一个关键特征。我们的研究结果显示了一个全面的概述的磁场的配置在非轴对称磁鞘所揭示的卡西尼号。我们预计我们的评估提供了一个洞察力，这几乎没有研究高阿尔夫文弓激波和动态磁层之间的接口。
2015-02-19 astro-ph.EP physics.space-ph
Magnetospheric Cavity Modes Driven by Solar Wind Dynamic Pressure Fluctuations
我们目前的结果从里昂Fedder Mobarry（LFM）的全球，三维磁流体动力学（MHD）模拟的太阳风磁层相互作用。我们使用这些模拟研究的作用，太阳风动态压力波动的磁层超低频（ULF）脉动的产生中发挥。在这项研究中提出的模拟驱动与理想化的太阳风输入条件。在四个模拟中，我们在上游太阳风动态压力中引入单色ULF波动。在第五个模拟中，我们在上游太阳风动态压力波动中引入了连续的ULF频率。在这个数值实验中，理想化的性质的太阳风的驱动条件，使我们能够研究磁层的响应，只有一个波动的上游动态压力，而保持所有其他太阳风驱动参数不变。模拟结果表明，太阳风动压中的超低频波动可以驱动昼侧电场和磁场中的磁层超低频脉动。此外，模拟结果表明，当驱动频率的太阳风动态压力波动匹配的磁层的固有频率之一时，磁层空腔模式可以被激发。
2010-10-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Effect of transient solar wind pulses on atmospheric heating at Jupiter
在此之前，我们已经提出了第一个研究调查的响应木星热层的瞬态变化，太阳风动态压力，使用一个耦合的，方位对称的全球环流模型耦合一个简单的磁层模型。这项工作（Yates等人，2013年提交）描述了热层流动、动量源和磁层-电离层耦合电流对磁层瞬时压缩和膨胀的响应。本研究描述了热层加热、冷却和极光发射对上述瞬态事件的响应。我们发现，瞬态压缩和膨胀，在时间尺度<= 3小时，造成至少两个因素增加焦耳加热每单位体积。离子曳力显著地改变了热层中性粒子的动能，这取决于磁层是压缩还是膨胀。这些过程导致局部温度变化>= 25 K，热层中耗散的总功率增加约2000 TW。在极光过程中，瞬态压缩增加主要的椭圆形紫外线发射的一个因素~4.5，而瞬态膨胀增加这个主要的排放量由一个更温和的37%。这两种类型的瞬变事件的原因在主椭圆的位置，高达1度纬度的变化。
2013-12-16 astro-ph.EP physics.space-ph
The effect of interplanetary magnetic field orientation on the solar wind flux impacting Mercury's surface
本文的目的是研究不同行星际磁场方向的水星表面上的等离子体流的行星的一天。我们使用一个球坐标系下的单流体MHD模型来模拟太阳风与Hermean磁层之间的相互作用，其中太阳风具有六种不同的磁场方向：水星-太阳，太阳-水星，与水星磁轴对齐（向北和向南），并且轨道平面垂直于前面的情况。在水星-太阳（太阳-水星）模拟中，赫尔墨斯磁场在磁层东南（东北）减弱，导致南（北）半球的流动增强。对于向北（向南）的方向，在弓形激波的头部有一个加强（减弱）的Hermean磁场，因此通量减少并漂移到两极（加强并漂移到赤道）。如果太阳风磁场在轨道平面内，磁层向西（东）倾斜，在激波鼻端减弱，因此气流增强，在北半球向东（西）漂移，在南半球向西（东）漂移。
2016-08-12 astro-ph.EP physics.space-ph
Windsock memory conditioned RAM (Co-Ram) pressure effect: forced reconnection in the Earth's magnetotail
磁重联（MR）是解释磁尾磁通量增加和向阳侧磁层闭合磁通线反向运动的一个关键物理概念。\citet{dung63}详细阐述的这一情景可以解释太阳风-磁层相互作用过程的许多方面，包括亚暴。然而，无论是邓吉模型还是它的许多修改都不能完全解释尾部MR的发病条件。在本文中，我们引入了新的强迫MR在尾部的发病条件。我们把这种情况称为“风向袋记忆条件下的冲压压力效应”。我们的非通量传输相关强迫是由大尺度风袋运动的记忆效应和太阳风动压作用在向北的IMF期间的夜侧磁层顶的组合引入的。利用全球MHD GUMICS-4模拟结果、WIND上游数据、Cluster-1的磁鞘数据和ARTEMIS双探头任务的远尾数据，我们发现磁尾垂直风向角运动和增强的太阳风动压的同时发生会引入强的夜侧扰动，包括增强的电场和持续的垂直横尾切变流。这些扰动，与太阳风中的流相互作用区域，驱动MR在向北取向的行星际磁场（IMF）的情节在尾部。我们间接检测MR，观察等离子体团的尾巴和地面的签名向地球移动的快速流动。我们还考虑了太阳系行星和近距离系外行星的应用，其中提出的方案可以阐明太阳/恒星风-磁层相互作用的一些新方面。
2014-11-28 physics.space-ph
The Equations of Reduced Magnetohydrodynamics in Dipole Coordinates
The Catholic University of America（美国天主教大学）；Geospace Physics Laboratory NASA Goddard Spaceflight Laboratory（NASA戈达德太空飞行中心地球空间物理实验室）；Department of Astronomy, University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校天文学系）
本研究推导了偶极坐标系下低β等离子体的RMHD方程，结合计算机代数系统开展分析，可用于磁层-电离层耦合问题，为复杂几何下的多尺度摄动分析提供模板。
2026-11-03 physics.plasm-ph physics.space-ph
Estimation of the solar wind extreme events
这项研究分析了由于太阳风扰动而在太阳风和磁层中发生的极端事件。极值理论已被应用到一个20年的数据集，从高级成分探测器（ACE）航天器的1998年至2017年期间。分析了太阳风中的质子速度、质子温度、质子密度和磁场等极端事件的特征。分析了太阳风电场vB $_{z}$，以表征太阳风中的极端扰动对磁层的影响。这些极端值是对40年一遇和80年一遇事件的估计，分别是原始数据集范围的2倍和4倍。通过与前几年记录的极端事件的测量值进行比较，验证了估计值。最后，我们的研究还表明，在所研究的幅度存在一个上限。
2021-11-30 astro-ph.SR physics.space-ph
Global explicit particle-in-cell simulations of the nonstationary bow shock and magnetosphere
我们进行了二维全球粒子模拟的太阳风和偶极场之间的相互作用，研究弓激波和磁层的形成。利用较高的时空分辨率，给出了偶极场前的自重整弓形激波。结果表明：（1）在Bz向南的太阳风条件下，低\b{eta} i和高MA条件下，弓形激波和磁层形成并达到准稳定状态。同时发现磁尾存在磁重联，当\b{eta} i高，MA低时，激波准定常，磁尾重联消失。此外，（3）磁层顶使磁鞘等离子体偏转。在弓形激波准垂直区注入的鞘层粒子可以对流到斜激波区的下游。这些鞘粒子的一小部分可以泄漏出的弓激波的翅膀从磁鞘。因此，下游情况比局部模拟中产生的平面激波更为复杂。
2016-07-19 astro-ph.EP physics.space-ph
Effect of a magnetosphere compression on Jovian radio emissions: in situ case study using Juno data
本研究利用Juno数据，通过案例研究证明磁层压缩会激活木星新射电源，其中宽带千米波辐射几乎即时响应，而十米波和窄带千米波辐射的激活存在延迟或发生在膨胀阶段。
2023-08-10 astro-ph.EP physics.space-ph
Cassini observations of Saturn's southern polar cusp
磁层尖点是磁层与太阳风耦合的重要场所。在地球上进行的地面和空间观测相结合，使人们能够在了解地球尖点及其在磁层通过极地磁层与太阳风耦合方面的作用方面取得相当大的进展。旅行者2号在1989年充分探索了海王星的尖点，但卡西尼号飞船在土星的高度倾斜轨道提供了最近的机会，可以反复研究快速旋转行星的极地磁层。在本文中，我们将讨论卡西尼号在两次通过土星南极磁层期间所作的观测。我们的主要研究结果是，i）卡西尼直接遇到南极尖点的证据进入尖点磁鞘等离子体通过磁层顶重联，ii）磁层顶重联和进入尖点的等离子体可以发生在一系列的太阳风条件，和iii）双尖点形态是一致的尖点振荡的位置与土星的全球磁层周期性的相位。
2016-04-15 astro-ph.EP physics.space-ph
Scaling of solar wind epsilon and the AU, AL and AE indices
我们应用有限尺寸标度技术来量化的统计特性的波动，在AU，AL和AE指数和在代表能量输入的太阳风到磁层中的ESTA参数。我们发现，指数需要重新调整的概率密度函数（PDF）的波动是相同的实验误差范围内的所有四个量。这种自相似性持续时间尺度高达约4小时的AU，AL和ESTA和高达约2小时的AE。比这些更短的时间尺度上的波动被发现有类似的长尾（leptokurtic）PDF，与底层的湍流过程相一致。这些定量和模型无关的结果放置在耦合太阳风-磁层系统的模型的重要限制。
2002-11-18 physics.data-an physics.space-ph
Mass, energy, and momentum capture from stellar winds by magnetized and unmagnetized planets: implications for atmospheric erosion and habitability
磁层保护其行星大气免受恒星风烧蚀的程度取决于它在多大程度上阻止了与大气的能量和动量交换，以及它在多大程度上捕获了逃逸的等离子体。我们专注于前者，并提供了一个形式主义估计近似上限的质量，能量和动量捕获，并用它们来约束损失率。我们的方法量化的本地偏转传入的等离子体的行星磁场和增加太阳风质量捕获由这个磁层时，风和行星场发生磁重联的面积之间的竞争。磁化行星的太阳风捕获量可能比电离层小的非磁化行星大，即使能量传输的速率更低。我们发现，自月球形成撞击以来，地球历史上一直是这种情况-地球发电机可能开始。在磁极附近聚焦入射的带电粒子可以增加足够强的行星场和足够弱的风的局部能量通量，我们发现这可能是地球未来的情况。未来地球磁场的保护作用将取决于它捕获向外释放的等离子体的能力。这种收集面积增加和磁层流入速度降低之间的竞争可能对于确定行星场的净保护作用及其在维持可居住性方面的重要性至关重要，并且可以帮助解释火星，金星和地球目前的离子损失率。
2018-10-06 astro-ph.EP physics.geo-ph physics.space-ph
Self-Similar Outflows at the Source of the Fast Solar Wind: A Smoking Gun of Multiscale Impulsive Reconnection?
本研究通过分析SDO/AIA图像，在极地冕洞观测到超2300次自相似等离子体外流，首次证明其遵循脉冲式交换磁重联的幂律分布，其发生率足以主导快速太阳风的质量与能量通量。
2023-09-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
SMILE: A novel way to explore solar-terrestrial interactions
本文介绍了SMILE任务的动机，通过X射线成像、紫外成像和原位测量相结合的新方法，实现对地球空间的全球监测，以深入理解太阳风与地球磁层的耦合及其对空间天气的影响。
2022-07-25 physics.space-ph
