work for science, work for fun分享 http://blog.sciencenet.cn/u/liuwangyan 基础等离子体物理,空间等离子体物理的实验室研究

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课题组在实验室研究空间等离子体低频波动取得新进展

已有 1650 次阅读 2018-1-19 21:46 |个人分类:科研笔记|系统分类:论文交流


太阳风、磁层、电离层中充满了各种类型的等离子体波动和不稳定性,这些等离子体波动的激发和传播对日地空间能量输运和粒子加热加速具有重要影响,因此等离子体波动是空间物理研究的一项重要内容。传统的空间等离子体的研究方法是利用发射卫星或者探空火箭来获得空间等离子体的物理参数。限制于空间仪器耗费巨大、重复性差,对许多微观物理过程尚缺乏精确研究。利用实验室等离子体模拟空间物理过程是一种新发展的方法。利用实验室等离子体易于重复、诊断精确、耗费较小的特点,能够独辟蹊径的解决一些空间物理的中小尺度的物理问题。中国科学技术大学地球和空间科学学院雷久侯教授课题组自主建设了大型科研平台:科大空间等离子体实验(KSPEX)装置。并且基于该装置在空间等离子体低频波动研究取得一系列重要进展,连续在地学顶级期刊Geophysical Research Letters上发表论文。

极区宽波段极低频湍流对极区电离层加热和离子加速有着重要影响,是极区等离子体物理的一项重要研究内容。然而过往几十年对其激发机制一直存在争议。针对该问题,雷久侯研究小组科研人员在实验室控制各种参量,实验室重现了极区宽波段极低频湍流的激发。由于装置独特设计优势,该研究小组首次实现了目前频率最低的宽波段极低频湍流,这和FAST等空间卫星观测结果符合的很好。从而实验证明了剪切流在极区等离子体的宽波段极低频湍流激发中起着主要作用。该工作发表在20174月份的GeophysicalResearch Letters上。

继该工作之后,该研究小组又关注到另一类重要空间等离子体不稳定性,开尔文-亥姆霍兹不稳定性。静电开尔文-亥姆霍兹不稳定性激发的电磁阿尔芬波和磁声波被广泛认为是太阳风能量向地球磁层传输的一种重要机制。但是,卫星观测对这些这些电磁波的激发的小尺度过程尚不清楚。研究小组利用实验室等离子体激发了开尔文-亥姆霍兹不稳定性,同时观测到了随着等离子体剪切的增强,静电开尔文-亥姆霍兹不稳定性结构中会激发出电磁波动。进一步结合理论计算,证明了这些自发电磁辐射是开尔文-亥姆霍兹模式的电磁结构。从而在实验室给出了磁层顶电磁阿尔芬波和磁声波的激发过程。这为开尔文-亥姆霍兹不稳定性应用到太阳风能量输运过程提供了实验支持。该工作得到了国际同行的高度评价:“这项工作为利用实验室装置解释空间卫星观测结果提供了一个极其优秀的范例”。该工作日前在线发表在Geophysical Research Letters上。

论文第一作者为特任副研究员刘宇博士,雷久侯教授为通讯作者,物理学院曹金祥教授为重要合作者。该工作得到了国家自然科学基金、青年千人计划及校重要方向培育基金的支持。

附论文连接

http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4962406

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016GL072232/full

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017GL075611/abstract




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