天王星至点时刻磁层的物理模型

天王星是太阳系中自转轴与轨道平面几乎平行的唯一天体。天王星也是自转轴与其磁偶极方向夹角最大的行星（约 $59^\circ$）。因此，无论考虑哪个季节，其磁层尾的形状与结构都与其他所有行星截然不同。我们提出了至点时刻天王星磁尾的磁流体力学模型。该模型的一个主要结论是，构成延伸磁尾的所有磁力线都遵循相同的定性演化：从穿过行星表面浮现之时，到在行星下游被多次拉伸与扭曲后的晚期演化。在行星参考系中，这些磁力线在磁面上运动，缠绕形成龙卷风状的涡旋，在行星上有两个足点（各在一个磁半球）。涡旋中心（龙卷风之眼）是一条简单的双螺旋，其螺旋节距（沿对称轴 $z$）为 $\lambda=\tau[v_z+B_z/(\mu_0\rho)^{1/2}],$，其中 $\tau$ 为行星自转周期，$\mu_0$ 为真空磁导率，$\rho$ 为质量密度，$v_z$ 为流体速度，$B_z$ 为磁场，所有量均须在涡旋中心局地取值。总之，在行星参考系中，典型天王星延伸磁尾磁力线的运动是一种涡旋运动，其渐近收敛于单一双螺旋，而与磁力线在行星表面的浮现点无关。