空間中心揭示行星際磁場對磁尾場向電流的控制作用

2020-12-06 中國科學院

　　近日，中科院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室科研人員程徵偉、史建魁、M. Dunlop和劉振興首次給出了磁尾等離子體片邊界層（Plasma Sheet Boundary Layers, PSBL）區場向電流與行星際磁場（Interplanetary Magnetic Field, IMF）時鐘角（clock angle）φ和錐角（cone angle）θ的變化關係。該研究成果發表在美國地球物理學會（American Geophysical Union, AGU）學術期刊《地球物理快報》（Geophysical Research Letters）上。

　　太陽風與地球磁層的相互作用是日地空間物理研究中的前沿課題。太陽風/行星際磁場對地球磁層中的擾動變化具有重要控制作用。以往研究表明，地球磁層中的場向電流會受到行星際磁場的調控作用。然而，由於衛星觀測條件限制，其具體物理過程並不十分清晰。迄今為止，未見有關磁尾等離子體片邊界層區場向電流與行星際磁場時鐘角和錐角關係的確切論述。

　　該項研究利用歐空局Cluster星簇計劃四顆衛星的探測數據，通過對2001和2004年7至11月間1839個磁尾PSBL區場向電流事件進行統計分析，首次揭示了IMF時鐘角和錐角與場電流發生率及密度之間的關係。研究表明，磁尾PSBL區場向電流的發生率會隨IMF時鐘角的增大而增大，並在IMF錐角等於-90º和+110º時出現兩個峰值；與其在-180°<φ<0°範圍內的發生率相比，場向電流的發生率在0°<φ<180°的範圍內更高，這表明場向電流更易發生在IMF昏向條件；與其在|φ|< 90°範圍內的發生率相比較，場向電流的發生率在90° < |φ|< 180°的範圍內更高，這表明場向電流更易發生在IMF南向條件下。該項研究還進一步揭示，密度大的場向電流通常出現在60º<|φ|<120º的範圍內，且IMF昏向條件下的密度會更大。

　　該項研究對於進一步認識太陽風-磁層-電離層的耦合關係及太陽風能量向磁層傳輸的物理過程具有重要科學意義。同時，將對進一步認識空間天氣因果鏈關係及其模型建立發揮重要作用。

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　圖一：行星際磁場錐角對磁尾場向電流發生率及密度的控制作用

 　

　　圖二：行星際磁場時鐘角對磁尾場向電流發生率及密度的控制作用

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