35、彗星等离子体环境与太阳风相互作用解析

彗星等离子体环境与太阳风相互作用解析

1. 彗星离子产生机制概述

彗星离子的产生是一个复杂的过程，主要涉及三种反应类型：光致电离、电荷交换和电子碰撞电离。这些反应在彗星的等离子体环境中起着关键作用，影响着彗星与太阳风的相互作用。

1.1 光致电离

光致电离是彗星离子产生的重要途径之一。原子氢的光致电离在波长为 91.175 nm 处有阈值，在此波长下截面达到最大值，且随着光子能量增加，截面迅速下降。对于水分子的光吸收，在不同波长下会产生多种离子化产物。在 10 - 100 nm 波长范围内，H₂O⁺是最可能的离子化产物，且其截面比 H 的电离截面大，这体现了缓慢膨胀的母体分子（H₂O）和快速移动的子体物种（H）之间的离子产生相互作用。
- 局部离子产生率计算公式：
[
\frac{dn_{dau}}{dt} = n_{par} \int_{0}^{\lambda_{threshold}} \sigma_x(\lambda) F_{\odot}(\lambda) d\lambda
]
其中，(dn_{dau}) 是子体产物密度的变化，(n_{par}) 是母体的数密度。
- 在最内层彗发中，需要考虑 EUV 光子的光学深度，使用比尔定律：
[
\frac{F_{\odot}(\lambda)}{r_h^2} e^{-\tau(\lambda)} = \frac{F_{\odot}(\lambda)}{r_h^2} e^{-\sum_{kT} \int n_{kT}(l) \sigma_{kT,ph}(\lambda) dl}
]
其中，下标 (kT) 表示对所有气体物种求和，(n