空間中心等發現行星際激波作用下的磁層-地表磁場響應鏈現象

2020-11-21 中國科學院

空間中心等發現行星際激波作用下的磁層-地表磁場響應鏈現象

2015-03-13 空間科學與應用研究中心

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　　行星際激波是在行星際中傳播的一種強間斷，當它作用於磁層後會在地球空間中引發擾動。深入研究磁層-電離層系統對行星際激波的響應過程在空間物理學研究及空間天氣預報方面均具有重要意義。

　　行星際激波作用於磁層後會壓縮磁層，因而向陽側磁場總是增強，但是在夜側磁層，磁場則既可以表現為增強也可能減弱，即磁場正負響應區並存。在地表，磁場的響應可分為兩個極性相反的階段：初始脈衝階段（preliminary impulse, PI）及主要脈衝階段（main impulse, MI）。以往的研究中磁層及地表磁場對於行星際擾動的響應是兩個獨立的研究方向，因而人們對二者之間關係的認知尚具有局限性。

　　近日，中國科學院空間科學與應用研究中心空間天氣學國家重點實驗室副研究員孫天然、研究員王赤等人與俄羅斯科學家V. A. Pilipenko合作，利用國內自主開發的全球三維磁流體力學（MHD）模擬程序，給出了磁層-地表的磁場響應鏈現象。該研究表明，在行星際激波作用下，夜側磁層磁場的正負響應區交界處是發電機區，為MI階段的一區場向電流供電，進一步驅動電離層電流，最終造成地表磁場的MI響應，從而給出了磁層-地表磁場的因果響應鏈。同時，根據磁層負響應區的演化過程可以預測地表MI由晨昏向子夜側存在響應時間的延遲，該過程可以較好地解釋Russell和Ginskey的地表磁場觀測數據。

　　該項研究首次指出，在行星際激波作用下，磁層磁場-電離層電流-地表磁場形成了一個因果響應鏈，對認識太陽風-磁層-電離層耦合過程具有重要意義。該研究成果發表在美國地球物理學會（AGU）學術期刊《地球物理期刊》（Journal of Geophysical Research (JGR): Space Physics）上。

　　文章連結 

　　 

　　磁層-地表磁場響應鏈示意圖。黑色曲線為磁層頂，綠球為地球。紅、藍色區域分別為激波作用下赤道面內磁場的正、負響應區。由負響應區產生的電流用藍色曲線表示，該電流與電離層相連，因而產生電離層電流。電離層電流進一步引起地表磁場的變化，形成磁層-地表磁場響應鏈。 

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　　近日，中國科學院空間科學與應用研究中心空間天氣學國家重點實驗室副研究員孫天然、研究員王赤等人與俄羅斯科學家V. A. Pilipenko合作，利用國內自主開發的全球三維磁流體力學（MHD）模擬程序，給出了磁層-地表的磁場響應鏈現象。該研究表明，在行星際激波作用下，夜側磁層磁場的正負響應區交界處是發電機區，為MI階段的一區場向電流供電，進一步驅動電離層電流，最終造成地表磁場的MI響應，從而給出了磁層-地表磁場的因果響應鏈。同時，根據磁層負響應區的演化過程可以預測地表MI由晨昏向子夜側存在響應時間的延遲，該過程可以較好地解釋Russell和Ginskey的地表磁場觀測數據。
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　　磁層-地表磁場響應鏈示意圖。黑色曲線為磁層頂，綠球為地球。紅、藍色區域分別為激波作用下赤道面內磁場的正、負響應區。由負響應區產生的電流用藍色曲線表示，該電流與電離層相連，因而產生電離層電流。電離層電流進一步引起地表磁場的變化，形成磁層-地表磁場響應鏈。 

列印 責任編輯：葉瑞優

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