物理学 > 空间物理
[提交于 2021年3月10日
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标题: 卡西尼飞船在大结局期间与土星电离层相互作用的粒子模拟
标题: Particle-In-Cell Simulations of the Cassini Spacecraft's Interaction with Saturn's Ionosphere during the Grand Finale
摘要: 卡西尼号任务末期“大结局”阶段观察到一个令人惊讶且出乎意料的现象:飞船在土星电离层中被充电至正电势。在此过程中,电离层等离子体中的自由电子耗尽,而带负电的离子和尘埃积累,占到了总负电荷密度的95%以上。 为了进一步理解飞船与等离子体的相互作用,我们对一个模拟的卡西尼号飞船模型进行了三维粒子-in-cell(PIC)研究,该模型沉浸在类似于土星电离层的等离子体环境中。 模拟结果显示了复杂的相互作用特征,例如电子翼以及包含飞船尺度涡旋的高度结构化的尾迹。 结果表明,大量负离子浓度与较大的负离子质量比至正离子质量比结合,能够驱动飞船达到观测到的正电势。尽管存在高程度的电子耗尽,但发现电子特性与磁场方向一起作为控制飞船电势的重要因素,磁场方向诱导了一个横跨卡西尼不对称结构体的电势梯度。 本研究揭示了卡西尼号在“大结局”阶段经历的整体飞船相互作用,以及这种相互作用如何受到意外出现的负离子和尘埃群体的影响。
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