日前，我院韩德胜教授空间物理研究组在极光研究方向取得重要新发现，相关成果以 “A New Type of Polar Cap Arc Observed in the ~1500MLT Sector: 1. Northern Hemisphere Observations”为题在《Geophysical Research Letters》杂志正式发表。
通常情况下，地球上的极光发生在围绕地磁极的一个环状发光区内，这个环状发光区就是极光卵。极光卵包围起来的高纬侧地区被称作是极盖区。在某些特定的条件下，极盖区内也会观测到一些形态各异的极光弧，被称为极盖区极光弧，简称PCA。极盖区极光弧对研究太阳风磁层之间的能量耦合具有重要意义。利用美国DMSP卫星上搭载的SSUSI极光光谱成像仪观测，韩德胜等人发现了一种新的极盖区极光弧，因为这种极光弧只发生在磁地方时（MLT）15点附近，因此将其命名为：15MLT-PCA（图1）。
图1，一个典型15MLT-PCA事例。
韩德胜等人研究发现这种极光弧只发生在夏天半球，有非常明显的世界时相关性，而且与行星际磁场的东向分量相关性也非常明显。夏季相关性和世界时相关性表明它的发生地磁轴倾角有关，而稳定的行星际东向分量的存在会使磁层尾瓣的磁力线发生扭转。据此，韩德胜等人提出了一个解释此类极光的物理模型，如图2所示。模型认为：当夏季半球所在的地磁轴指向太阳的时候，在夏季半球的磁层尾瓣将更容易造成太阳风通量积累，而一定量的通量积累是形成较强极光以致能够被观测到的必要条件；此时，由于行星际磁场对尾瓣磁力线的扭转作用，和地面15MLT相连的磁力线最容易扭转到磁尾最北甚至偏晨侧，那里可能是地球磁力线和行星际磁场最容易发生重联的一个位置。重联发生以后，磁张力会拖着重联后的磁力现向高纬运动，形成这种特殊的极盖区极光弧。
图2. 15MLT-PCA模型示意图
这项工作的重要意义在于：在通常情况下太阳风的帕克螺线场正好符合这种极光的发生条件，也就是说，15MLT-PCA是一种只要太阳风相对比较稳定的时候就会发生的现象。这意味着我们通过15MLT-PCA这种特殊的极光结构揭示了一个普遍存在但尚未被认识到的空间物理过程。
该文第一作者及通讯作者均为我院韩德胜教授，该项研究得到国家自然科学基金项目资助。
原文链接：
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL090261