【試題詳情】（一）極區電離層等離子體云塊及其影響
等離子體是由分離的離子和電子組成的一種物質。它廣泛存在于字宙中，常被視為物質的第四態。等高子體具有很高的電導率,與電磁場存在極強的耦合作用。
太陽風是從太陽上層大氣噴射出的超高速等離子體流,它攜帶能量巨大的帶電粒子流，不斷撞擊著包括地球在內的大陽系所有行星的大氣層。而地球等行星具有的全球性磁場可以有效地阻擋和偏轉大多數太陽風的帶電粒子,防止它們與地球等行星大氣層進一步發生直接相互作用。然而,地球磁力線在兩極地區高度匯聚并幾近垂直向太空開放,太陽風攜帶的高能粒子能直接“撞”進兩極的大氣層,形成極光。
較之地球其他地區,極區電離層等離子體的運動和演化過程極為復雜,并伴隨著眾多不均勻體結構的形成,其中等高子體云塊最為常見。
極區電離層等離子體云塊的形成和演化常常引起極端空間天氣環境,給人類的通信、導航、電力設施和航天系統等造成很大的危害。形成和演化中的等離子體云塊與背景等高子體間的密度梯度會對通信和導航信號產生很大的干擾。例如,會使得人類的超視距無線通信和衛星-地面間的通信中斷,直接影響近地飛行器(飛機、宇宙飛船等)和低軌衛星等的正常運行及其與地面的通信,甚至威脅航天員的生命安全。因此,相關研究是國際空間天氣學領域中最重要的課題之一。
（二）--________________________________
地球大氣中的某些成分會因太陽光的照射而被電離，在向陽側形成密度較高的電離層等離子體。這些等離子體受到地球自轉和電離層對流的影響后,部分被“甩”成一個“舌狀”的窄帶,即舌狀電離區。研究表明,極區電離層等離子體云塊可能源自舌狀電離區。
目前,極區電離層等離子體云塊的形成機制被歸納為以下三種:
1．地球磁力線分為向陽側磁力線和背陽側磁力線兩部分，而南北半球的這兩部分磁力線之間都存在一個漏斗型的區城,被稱為極隙區,該區城內磁幾乎為零。來自太陽風的等離子體能通過極隙區直接侵入地球極區大氣層即:極隙區的對流模式受行星際磁場調制,導致不同密度的等離子體先后進極隙區而形成等離子體云塊。
2．由新開放磁通管中增強的等離子體復合，引起爆發式對流通道中的等離子耗散而形成等離子體云塊。
3．兩條反向磁力線無限接近時分別斷開并“重新聯接”的物理過程稱為磁重聯，該過程中伴隨著物質間能量的轉化和輸運。日側磁重聯便是太陽風能量、動量和質量向地球輸運的主要途徑之一。脈沖式日側磁重聯的發生，使得開閉磁力線邊界向赤道方向高密度光致電離區域侵蝕，隨后攜帶高密度等離子體沿極區電離層對流線向極蓋區運動而形成等離子體云塊。
近年來，歐美科學家通過研究發現，上述三種機制相互關聯、彼此依存。然而，由于極區自然環境惡劣和觀測的局限性，無法獲得極區電離層等離子體云塊形成演化的完整、清晰的動態物理圖像。究竟哪種機制占主導作用仍不清楚，結論有待進一步證實。
（三）______________________________________________
要研究極區電離層等離子體云塊的形成和演化特征，必須在極區電離層進行大范圍的連續觀測。目前，國際上符合此項要求的觀測設備只有超級雙子極光雷達網（SuperDARN）和全球定位系統（GPS）地面接收機網。
超級雙子極光雷達網由分布在南北半球的31部高頻相干散射雷達組成，其中北半球22部，南半球9部。在正常工作模式下，每部超級雙子極光雷達在16個波束方向上連續掃描，覆蓋約52°方位角的扇形區域，該區域離雷達最遠距離約3000公里。每部雷達通過探測電離層中不均勻的散射回波信號并加以分析，能得到電離層不均勻體的回波強度、視線速度等。若兩部雷達同時從不同的方向對同一個小區域進行探測的話，便可根據該區域上空雷達的兩個視線速度向量獲取該區域上空的速度合向量，該合向量反映的就是該區域等離子體的對流速度。超級雙子極光雷達網幾乎覆蓋了南北極整個極區，且對大部分區域實現了兩部以上雷達的同時探測，因此可提供極區全域對流數據，即可提供極區電離層等離子體全域對流情況。
而全球導航衛星的廣泛應用為探測和研究電離層帶來了革命性的變化。眾多導航衛星組成GPS，GPS地面接收機可通過接收GPS信號，利用GPS信號折射效應來推導出電離層的電子總含量。GPS地面接收機也密集覆蓋北半球整個極區，可獲取電離層全域等離子體的密度分布。
利用國際超級雙子極光雷達網和全球定位系統地面接收機的聯合觀測數據，科學家直接觀測到在2011年9月26日一次強磁暴襲擾地球期間，極區電離層等離子體云塊的完整演化過程；經過進一步研究，首次發現夜側磁重聯在等離子體云塊演化過程中扮演重要的角色。

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