[发明专利]确定行星际磁通量绳的边界和位形的方法

说明书

本发明涉及磁通量绳技术领域，特别涉及一种确定行星际磁通量绳的边界和位形的方法。该方法包括：建立磁云自然坐标系，在磁云自然坐标系里，确定通量绳的磁场分量表达式；确定磁云内首先由卫星探测到的点M和卫星轨道上离磁云轴最近的点N；通过M、N两点的坐标，确定过两点的直线方程；根据通量绳的磁场分量表达式和经过M、N两点的直线方程得到卫星穿过磁云探测到的磁场的表达式。本发明提供了一个新颖、简单的确定磁云边界和磁场位形的方法。用这个方法确定磁云边界时，克服以前根据磁场和等离子体特征确定边界的不普适性，同时还减少了不确定性。

技术领域

本发明涉及磁通量绳技术领域，特别涉及一种确定行星际磁通量绳的边界和位形的方法。

背景技术

磁云作为行星际空间的一种大尺度磁通量绳结构在太阳物理和空间物理领域都占有很重要的地位，研究人员也对其作了大量的研究，但是很多问题迄今为止仍未解决，磁云边界的确定就是其中之一。因为磁云边界的研究直接关系到许多其他重要问题的研究。例如，在研究磁云和背景太阳风相互作用的问题中，磁云边界的确定是关键问题之一；又如，磁云时、空尺度的确定更直接依赖于磁云边界的确定；其次，磁云边界对研究磁云和地磁层的相互作用也是具有重要意义。

由于磁云具有磁通量绳结构，所以确定磁云的位形关键就是确定磁云轴的方位。比较常用的确定磁云位形的方法有最小方差法(minimum variance analysis,MVA)和最小二乘法拟合。

然而，MVA法只局限于卫星离磁云轴相对较近的事件，但TD方法对卫星轨道和磁云轴之间的距离没有要求。目前的方法也比较复杂。

为了能够解决行星际磁通量绳的边界和位形，需要一种简单的方法进行确定。

发明内容

本发明的目的在于解决目前的行星际磁通量绳的边界和位形的确定问题，提供确定行星际磁通量绳的边界和位形的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种确定行星际磁通量绳的边界和位形的方法，该方法包括：

建立磁云坐标系，在磁云坐标系里，确定通量绳的磁场分量表达式；

确定磁云内首先由卫星探测到的点M和卫星轨道上离磁云轴最近的点N；

通过M、N两点的坐标，确定过两点的直线方程；

根据通量绳的磁场分量表达式和经过M、N两点的直线方程得到卫星穿过磁云探测到的磁场的表达式。

优选的，建立磁云坐标系(X1，Y1，Z1)；

假设卫星穿过磁云轨道的方向为S，磁云内首先由卫星探测到的点为M，取M点的反径向为X1方向，M点处磁场的方向为Y1，X1×Y1确定的方向为Z1即通量绳的轴向；

磁云坐标系和柱坐标系(R，θ，Z)的转换关系为：

X1＝Rcosθ,Y1＝-Rsinθ,Z1＝-HZ；

在磁云坐标系里，通量绳的磁场分量可以表示为：

优选的，在磁云坐标系里，卫星轨道经过点M(-R₀，0，0)，R₀为通量绳的半径；

基于N点是卫星轨道上离磁云轴最近的点，并且离磁云轴的最近距离为d₀，则N点的坐标可以表示为：其中c为任意常数；

通过M、N两点的坐标，则过两点的直线方程：

即

其中t为随着时间增加而增加的变量。

优选的，根据通量绳的磁场分量和过M、N两点的直线方程，卫星穿过磁云探测到的磁场可以表示为；