36、彗星等离子体环境与类彗星活动解析

彗星等离子体环境与类彗星活动解析

1. 反磁腔内部的物理过程

反磁腔边界的位置通常被认为是腔内离子 - 中性体拖曳力与外部磁压力平衡的结果，可用公式表示为：
[-\frac{d}{dr}\left(\frac{B^2}{2\mu_0}\right)=n_g n_i m_i k_{in}(v_i - v_g)]
其中，(B) 是磁场强度，(v_i)、(n_i) 和 (m_i) 分别是离子的速度、数密度和质量（如 (H_2O^+) 或 (H_3O^+)），(n_g) 和 (v_g) 是中性体的密度和速度，(k_{in}) 是离子 - 中性体动量转移碰撞率，取值为 (1.85\times10^{-9} cm^3 s^{-1})。

在哈雷彗星（1P/Halley）上，反磁腔边界距离彗核约 3840 千米。而对于相对活动较弱的 67P 彗星，该边界预计更靠近彗核，在大日心距离时甚至可能不存在。不过，罗塞塔号航天器的轨道距离足够近，共 665 次记录到进入反磁腔的情况。边界似乎是动态变化的，恩格尔哈特等人（2018）报告称，在接触表面附近出现了大而短暂的等离子体密度和能量增强现象，这可能是由反磁腔边界处的开尔文 - 亥姆霍兹不稳定性（KHI）引起的。KHI 是两种不同速度和/或密度流体界面处的不稳定性，在行星科学中，巨行星大气是常见的例子。戈茨等人（2016b）指出，公式并不能很好地描述 67P 彗星反磁腔边界的位置，KHI 以及罗塞塔号的轨道测量位置可能是重要因素。

彗星中性体产生的离子主要通过光电离、与太阳风离子的电荷交换以及高能电子碰撞电离等过程产生，同时也会产生电子。新鲜光电子的典型能量预计为 12 - 15 eV，这有点令人惊讶。对于水的光电离，阈值约为 12.