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实验室研究人员发现行星际激波作用下的
磁层-地表磁场响应链现象

2015年03月12日 星期四 12:47:19

行星际激波是在行星际中传播的一种强间断,当它作用于磁层后会在地球空间中引发扰动。深入研究磁层-电离层系统对行星际激波的响应过程在空间物理学研究及空间天气预报方面均具有重要意义。

行星际激波作用于磁层后会压缩磁层,因而向阳侧磁场总是增强,但是在夜侧磁层,磁场则既可以表现为增强也可能减弱,即磁场正负响应区并存。在地表,磁场的响应可分为两个极性相反的阶段:初始脉冲阶段(preliminary impulse, PI)及主要脉冲阶段(main impulse, MI)。以往的研究中磁层及地表磁场对于行星际扰动的响应是两个独立的研究方向,因而人们对二者之间关系的认知尚具有局限性。

近日,实验室孙天然副研究员、王赤研究员等人与俄罗斯科学家V. A. Pilipenko合作,利用国内自主开发的全球三维磁流体力学(MHD)模拟程序,给出了磁层-地表的磁场响应链现象。该研究表明,在行星际激波作用下,夜侧磁层磁场的正负响应区交界处是发电机区,为MI阶段的一区场向电流供电,进一步驱动电离层电流,最终造成地表磁场的MI响应,从而给出了磁层-地表磁场的因果响应链。同时,根据磁层负响应区的演化过程可以预测地表MI由晨昏向子夜侧存在响应时间的延迟,该过程可以较好地解释Russell和Ginskey的地表磁场观测数据。

该项研究首次指出,在行星际激波作用下,磁层磁场-电离层电流-地表磁场形成了一个因果响应链,对认识太阳风-磁层-电离层耦合过程具有重要意义。该研究成果发表在美国地球物理学会(AGU)学术期刊《地球物理期刊》(Journal of Geophysical Research (JGR): Space Physics)上。

相关链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014JA020754/abstract

引用:Sun, T. R., C. Wang, J. J. Zhang, V. A. Pilipenko, Y. Wang, and J. Y. Wang (2015), The chain response of the magnetospheric and ground magnetic field to interplanetary shocks, J. Geophys. Res. Space Physics, 120, 157–165, doi: 10.1002/2014JA020754.



磁层-地表磁场响应链示意图。黑色曲线为磁层顶,绿球为地球。红、蓝色区域分别为激波作用下赤道面内磁场的正、负响应区。由负响应区产生的电流用蓝色曲线表示,该电流与电离层相连,因而产生电离层电流。电离层电流进一步引起地表磁场的变化,形成磁层-地表磁场响应链。

 

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