地球磁尾电流片磁场结构的统计研究

【摘要】：基于Cluster卫星簇在2001、2003、2004年期间在距地心15-19个地球半径(RE)范围内对磁尾磁场的多点同步观测,本文在GSM坐标系下统计性地研究了地球磁尾电流片中心处的磁场结构。得到主要结果:1)在磁尾电流片中心,磁场By分量主要在By5nT,而Bz分量基本是正号并分布在1～10nT范围内。平均而言,在磁地方时～21:00-～01:00范围内,Bz(3-5nT)及磁场强度Bmin(5-7nT)普遍较弱,在磁尾两侧翼区域,Bz和Bmin相对较强(Bz,Bmin,7-15nT)。2)磁场几何结构的曲率方向主要指向地向,副法线方向指向昏向,磁力线平面基本垂直于赤道平面。3)在磁尾晨侧部份,磁场曲率方向有昏向分量而副法线方向有尾向分量;在昏侧部份,曲率方向有晨向分量而副法线方向有地向分量。这表明磁尾磁场结构是发散的。4)电流片中的负Bz信号容易在磁地方时～21:00-01:00范围内出现。负Bz对应的磁场曲率方向主要指向尾向。5)磁尾电流片的法向基本沿南北方向并稍微倾向尾向方向。6)倾斜电流片(法向明显向赤道平面倾斜)的总出现概率达50%,其在磁地方时～21:00-01:00范围内出现概率较低,而在两侧翼相对较高。统计性地发现倾斜电流片中Bz分量占主导,磁场结构基本是"滑移"的。7)在电流片中心磁场的曲率半径达到极小Rc,min,其通常大于中性片半厚度h。在磁地方时～21:00-01:00,Rc,min(0.6-1RE)和h(0.2-0.4RE)普遍较小,而在靠近侧翼区域Rc,min(3-5RE)和h(0.7-1.6RE)普遍较大。8)统计验证了最小曲率半径Rc,min,中性片半厚度h及磁力线滑移角δ之间存在几何关系h=Rc,mincosδ。9)电流密度大小约4～8nA/m2,基本沿电流片切向方向由晨侧"西向"流向昏侧方向。以上结果表明,磁尾电流片存在明显的晨昏不对称性。在磁地方时～21:00–～01:00范围内,电流片普遍较薄,负Bz出现概率较高。这表明,在该区域范围内磁尾能量容易通过重联或电流中断等活动得到释放,相应若将该电流片区域映射到极区电离层,那么对应亚暴极光活动在磁地方时～21:00–～01:00范围内的发生概率也会相对较高。这与IMAGE-FUV的统计观测是相一致的。