9月23日，地学著名期刊《AGU Advances》在线发表了我院博士研究生邱荟璇为第一作者，韩德胜教授和石润副教授为通讯作者的最新研究成果“Magnetosheath High-Speed Jet Drives Multiple Auroral Arcs Near Local Noon”。该研究结合观测和模拟，为磁鞘高速射流（HSJ）通过超低频（ULF）波在磁正午附近的闭合磁力线区引发多重极光弧的机制提供了完整证据链。
磁鞘位于地球磁层顶与弓激波之间，是一个高度扰动的区域。磁鞘高速流（HSJ）作为其中一种典型扰动，具有显著增强的地向速度，能够到达并撞击磁层顶。当HSJ撞击磁层顶时，其携带的高动压会导致局部磁层顶变形，进而驱动外磁层ULF波。理论上，这些波动可以以Alfvén波的形式传至极区电离层，进而引发极光活动。以往研究已经表明，弥散极光的点亮与ULF波动密切相关。
在黄河站的地面极光观测中，我们常常能看到在磁正午分立极光卵的高纬侧先出现一个分立极光亮斑，随后向低纬移动，在极光卵赤道侧边界的低纬侧形成多条平行极光弧。同时，在更低纬区域出现多条与之平行的弥散极光（如图1所示）。众所周知，磁正午附近的分立极光卵赤道侧边界对应日侧磁层顶，即开-闭磁力线边界。因此，这一常见的磁正午极光现象暗示了HSJ可能通过ULF波引发闭合磁力线区的分立极光弧。这也意味着，以往对于磁正午分立极光对应开放磁力线过程的认知是不全面的。
该研究利用MMS卫星磁鞘观测、DMSP/SUSSI极光观测和地磁观测，通过一个观测事例表明HSJ撞击磁层顶后，激发了磁层ULF波以长周期Alfvén波的形式传入极区电离层，对应产生了具有倒“V”电子加速特征的多重分立极光弧（如图2所示）。这一观测与最近的极光粒子加速机制模拟研究（Shi et al., 2023）吻合，该模拟表示长周期Alfvén波到达电离层后能建立准静态电场，从而产生倒“V”加速电子。该研究也利用这一模型，通过数值模拟再现了与观测一致的倒“V”能谱结构。
该研究首次为HSJ驱动ULF波/长周期Alfvén波引发磁正午极光弧过程提供了完美的观测证据链，并给出数值模拟支持。对于深入认识磁正午极光现象及其对应的物理过程具有重要意义。
图1：黄河站地面极光观测（a）红光（630.0nm）观测；（b）绿光（557.7nm）观测。图中白色箭头指示分立极光亮斑，黄色箭头指示多重弧结构。
图2：（a）MMS卫星在磁鞘的就地观测，黑色虚线内显示磁鞘高速流（HSJ）的特征；（b）DMSP/SUSSI卫星极光观测。
论文第一作者为我院博士研究生邱荟璇，通讯作者为我院韩德胜教授和石润副教授，合作者包括中国极地研究中心刘建军研究员。该研究受国家自然科学基金（42030101、41974185、42374208）资助。
全文链接：https://doi.org/10.1029/2024AV001197