(一)研究太阳风与地球磁层的相互作用。该相互作用是太阳风与具有内禀磁场的星体相互作用的典型代表。磁层顶磁场重联是这种相互作用的主要方式。磁通量传输事件则是磁场重联的主要产物和表现形式。针对磁通量传输事件的结构特点、形成机制、结构演化以及其运动对磁层的影响等进行了详细的研究。研究表明:
1)通过磁通量传输事件,太阳风中的磁能、粒子以及动能可以传输到地球磁层中。磁通量传输事件是具有螺旋磁力线的磁绳结构,横截面一般达1-2地球半径,一次磁通量传输事件向磁层输入的磁通量约为106韦伯,为一次地球空间爆发事件(例如亚暴)所需能量的百分之一。
2)磁通量传输事件是由多X点重联产生的,但由于其形成过程比较短暂,多X重联并不能经常被观测到。
3)除将太阳风磁场输入磁层,磁通量传输事件还是磁层与太阳风的粒子交换通道,观测表明,磁通量传输事件形成初期表现为核心场较弱的Crater FTE特征;此后,正是由于等离子体的逃逸,逐步演化成具有很强核心场的磁绳结构。
4)磁通量传输事件在磁层顶的运动过程中,由于类粘滞性相互作用,太阳风动能也可以输入到磁层中,从而在磁层中产生等离子体流的涡旋。
我们的研究涉及到两个基本的理论问题:1,重联的产生和发展方式;2,无碰撞等离子体的粘滞作用。同时,太阳风对磁层的质量、动量和能量的输入过程是进一步理解复杂空间天气过程开端与基础。
(二)研究太阳风与月球的相互作用。从空间物理的角度看,月球最大的特点是只存在小尺度的磁异常区,而不存在全球尺度的内禀磁场,这种相互作用是太阳风与无磁场星体相互作用的极端情形,与地球磁层和太阳风相互作用完全不同。我们的观测表明:
1)大部分太阳风粒子会直接轰击月球表面从而被月球表面吸收,在背风面形成一个长度至少为12个月球半径的,不断膨胀的月球尾迹结构。我们的研究表明,月球尾迹是以快磁声速向外膨胀的。向外膨胀的同时,太阳风粒子不断注入到尾迹中,由于能量色散效应,引起尾迹中粒子温度的增加。
2)太阳风磁场穿越月球之后,磁力线会向月球一侧弯曲,同时等离子体的流速会大为降低。这是一个非常意外的发现,我们认为这是由于月球表面的带电浮尘引起的。
我们力图探索和理解月表及其附近的空间物理环境和物理过程,为未来人类的月球活动增加知识基础。