本文在充分调研当前火星空间模拟以及其空间环境的探测结果的基础上,借用火星空间模拟的单流体理想MHD模型,研究了火星空间磁场结构及火星表面局部磁异常对磁场结构的影响;采用单粒子轨道理论模拟计算了在火星背阳面太阳风电子可以沉降至火星大气深处以致产生电离层的区域;并利用电子撞击电离中的能量流分析的方法模拟分析火星背阳面电离层中的峰值高度和电子密度。太阳风与火星相互作用的过程中,行星际磁场弯曲并向两极移动且被拖拽变形,大部分磁力线从火星两极绕过,通过火星之后在磁尾留下V字形结构。火星表面附近局部磁异常也对火星磁场结构产生不可忽视的影响。不同位置、强度的磁异常与太阳风相互作用形成结构、形态各异的微磁层。局部磁异常改变了近火磁场结构,并可能改变等离子体的分布。行星际磁场通过火星之后在磁尾留下V字形结构。太阳风电子在等离子体中延磁力线运动,并延V字形结构磁场沉降到火星背阳面电离层高度并发生撞击电离。沉降的区域为火星晨昏线的背阳面一侧,两处沉降区相当狭小。这可能导致火星背阳面电离层并不稳定,且范围不大。太阳风电子随磁力线沉降到火星背阳面表面,在130～500km高度范围内发生撞击电离。在Phobos-2卫星的探测数据作为入射流条件的情形下,电离峰值高度在170km左右,电离电子密度的峰值为3.4×103cm-3。同时也考察了电子能量和电子能流密度对电离峰值高度和电子密度的影响。模拟结果与Mars4/5、Viking卫星掩星探测的结果基本相符。
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