1、磁流體空洞演化，磁星形成，和地球磁層重聯現象之觀測英文題名 Evolution of Mhd Voids, Formation of Magnetars, andObservations of Geo-magnetospheric Reconnections 關鍵詞 磁流體力學 ; 激波 ; 恒星磁場 ; 氫 II 區; 磁重聯 ; 英文關鍵詞 Magnetohydrodynamics; Shock Waves; Stellar Magnetic Fields; HII Regions; MagneticReconnection; 中文摘要 本文研究準球對稱廣義多方磁流體系統的自相似激波解。我

2、們假定磁場主要沿著橫向 , 是紊亂的 ; 并對磁場做系綜平均以反映其大尺度的結構。通過恰當的自相似變換 , 標準的磁流體力學方程組能夠化為一個非線性常微分方程組。在大半徑處 , 該系統存在有限速度解和速度與半徑成正比的膨脹解。本文首次全面研究了各種參數條件下的自相似膨脹解。在中心處 , 在把已經知道的解推廣至廣義多方的基礎之上 , 我們系統的研究了準靜態解和強磁場解存在條件。我們發現 , 準靜態解描述的系統在長期演化之后包含質量不隨時間變化 ; 而強磁場解描述的系統的包含質量會隨時間的某一冪率變化。我們重點研究了該系統中空洞的動力學行為。在一些普遍的情況下 , 空洞邊界周圍會形成密度相對較高的

3、區域 , 成為殼層。空洞解可以通過激波聯系到遠處的有限速度解 ; 空洞邊界和激波面按照相同的自相似規律向外膨脹。 我們認為 , 上述空洞殼層結構是適用于描述銀河星內的大泡和殼層型超新星遺跡的。我們給出了膨脹氫II 區和香檳流在多方狀態方程下的理論描述 , 并利用空洞解研究了恒星風對于氫 II 區運動的影響 ; 這是對原有等溫模型的實質性推廣。我們還用空洞解研究了中心塌縮型超新星的爆發 , 并且與數值模擬進行了比較。該模型加上 . 英文摘要 This work studies self-similar shock solutions for quasi-spherical general pol

4、y-tropic magnetohydrodynamic (MHD) systems. We presume the magnetic fields aremainly transverse and random, andillustrate the large-scale configuration of magneticfields by the ensemble average taken in layers at di?erent radii. With appropriateself-similar transformation, the ideal nonlinear MHD eq

5、uation set can be reduced toa group of nonlinear ordinary di?erential equations (ODEs). At large radii, there arefinitevelocity摘要 3-4 Abstract 4-5第 1 章 引言 11-191.1問題的提出 11-121.2 選題背景及意義 12-131.3 文獻綜述 13-171.4 理論研究方法概要 17-181.5論文結構安排18-19 第2 章 理論框架 19-432.1 基本方程 19-232.2 關于磁場的構型 232.3 奇異面，臨界線和自相似激波 2

6、3-262.4各種漸近解 26-432.4.1 在 x 0+ 時的解析漸近解 27-322.4.1.1中心自由落體解272.4.1.2 Larson-Penston類型的解 27-282.4.1.3多方過程中的準靜態解 28-292.4.1.4強磁場解292.4.1.5相對論熱的氣體的特殊解 29-322.4.2在 x 時的解析漸近解 32-362.4.2.1有限速度解 32-332.4.2.2磁流體熱膨脹解 33-342.4.2.3磁流體自由膨脹解 34-352.4.2.4磁流體 Einstein-de Sitter解 35-362.4.3在空洞邊界 nx - v = 0附近的漸近解 36-

7、432.4.3.1空洞邊界 * = 0情形 36-392.4.3.2無磁場時空洞邊界 * > 0情形 39-402.4.3.3磁流體空洞邊界 * > 0情形 40-43第 3 章 激波空洞解 43-603.1空洞邊界 * = 0情形 43-503.1.1無磁場情形43-453.1.2 磁流體的情形 45-503.2無磁場時空洞邊界 * > 0 情形 50-533.2.1參數 q > 0情形 50-533.3磁流體空洞邊界 * > 0的情形 53-583.3.1參數 q = 0情形533.3.2參數 q > 0的情形 53-583.4天體物理應用 58-60

8、第 4 章 氫 II 區的香檳流 60-864.1 背景介紹 60-614.2星云中多方香檳流模型61-684.2.1 固定 _0 值 62-664.2.2 固定激波位置或速度 66-684.3包含空洞的香檳流 68-764.3.1中心自由落體香檳流 73-764.4 與數值模擬結果的比較 76-814.5 小結81-834.6 不變形式的解 83-86 第 5 章 超新星爆發與磁星形成 86-1065.1空洞解的應用 87-915.2 超新星的極早期 X 射線輻射91-945.2.1背景介紹 91-925.2.2 磁流體模型和 X 射線光變曲線 92-945.2.3 進一步的討論945.3磁

9、星的形成 94-1065.3.1背景介紹 95-965.3.2模型分析 96-985.3.3 數值計算98-1025.3.4進一步的討論 102-106 第 6 章 地球磁層重聯現象的衛星觀測106-1386.1背景介紹 106-1076.2 觀測手段 107-1086.3 Cluster衛星觀測結果 108-1266.3.1衛星軌道，行星際磁場和太陽風108-1096.3.2 Cluster-1的磁尖區觀測 109-1146.3.3 Cluster-4的磁尖區觀測 114-1176.3.4 Cluster-3的磁尖區觀測 117-1206.3.5電子和正離子的速度分布 120-1266.4

10、相關討論 126-1356.4.1多衛星比較和磁尖區大小的變化 126-1306.4.2重聯點的位置 130-1326.4.3 脈動的雙重聯 132-1356.4.3.1 電子能譜的方向角截面 1336.4.3.2 雙重聯的周期性 133-1346.4.3.3離子的速度分布 134-1356.5統計研究分析 135-1376.6 小結 137-138第 7 章 主要結論 138-140參考文獻 140-1516.4.3 脈動的雙重聯 132-1356.4.3.1電子能譜的方向角截面1336.4.3.2雙重聯的周期性 133-1346.4.3.3離子的速度分布 134-1356.5統計研究分析

11、135-1376.6 小結 137-138第 7 章 主要結論 138-140參考文獻 140-1516.4.3 脈動的雙重聯 132-1356.4.3.1電子能譜的方向角截面1336.4.3.2雙重聯的周期性 133-1346.4.3.3離子的速度分布 134-1356.5統計研究分析 135-1376.6 小結 137-138 第 7 章 主要結論 138-140參考文獻 140-1516.4.3 脈動的雙重聯 132-1356.4.3.1電子能譜的方向角截面1336.4.3.2雙重聯的周期性 133-1346.4.3.3離子的速度分布 134-1356.5統計研究分析 135-1376.6 小結 137-138 第