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我院硕士研究生邱荟璇最新极隙区极光研究成果在《Geophysical Research Letters》发表

时间:2021-04-08浏览:43

近期国际著名学术期刊Geophysical Research Letters在线发表了我院硕士研究生邱荟璇为第一作者,我院韩德胜教授为通讯作者的学术论文“The critical factor in controlling the auroral intensity in the cusp region as revealed by a statistical study on midday gap and non-gap events”。

太阳每时每刻都在向外吹出能量粒子,这些粒子在行星际空间中一起像“气流”一样运动,被叫作“太阳风”。太阳风主要由质子和电子组成,太阳风把太阳的磁场“冻结”在其中,弥散在整个行星际空间中,形成行星际磁场(Interplanetary magnetic field, IMF)。在地球附近,行星际磁场和我们熟悉的地球偶极磁场相互作用,形成磁层。太阳风与磁层之间的能量与物质交换是空间物理研究的核心科学问题之一。

在地球的南北极,磁力线近乎垂直于地面,给粒子进出地球磁层创造了良好的条件,这个区域称为极隙区。极隙区是太阳风和地球能量交换的重要“通道”,太阳风携带的粒子沿着这个通道进入到地球高层大气,与高层大气粒子发生碰撞产生极隙区极光。因此,通过研究极隙区极光能更好地帮助我们去理解太阳风能量注入地球的整个过程。

在太阳风与磁层相互作用的物理过程中磁场重联被认为是最为重要的一种机制。目前普遍认为,当IMF为南向时,行星际磁场与地球磁场在日侧磁层顶发生重联,太阳风能量进入磁层效率增加,因此人们预期极隙区极光可能会增强。

太阳风和地球磁场示意图

 


DMSP卫星观测到“极光正午间隙”(Aurora Midday Gap)现象

 很早就有科学家通过卫星观测发现,极光卵并不总是一个完整的椭圆。在磁中午附近,极光常常很弱,因此将其称为“极光正午间隙”(Aurora Midday Gap)。但随后有人发现极光正午间隙并不是一直存在,很多时候这个区域也会被极光全部覆盖。为了分析决定极隙区极光强弱的物理原因,邱荟璇等人利用连续多年DMSP卫星极光光谱成像数据统计研究了极光正午间隙出现和消失时对应的太阳风和行星际条件,并进行了详细对比。发现IMF南向时极光强度明显弱于北向,这与人们的预期完全相反。统计结果还表明,IMF东西向分量和太阳风速度的大小是影响极隙区极光强弱的关键因素。据此,邱荟璇等人提出:极隙区极光强弱与极隙区阿尔芬波活动关系更为密切。这是因为,太阳风速度和IMF东西向分量共同作用可以产生一个南北方向的电场。其中, IMF东西向分量的大小起主导作用,太阳风速度提供阈值条件,只有当速度达到一定程度,这个电场才能通过影响极隙区阿尔芬波的活动,促进粒子的沉降,从而极光强度增强。而在普遍低速的太阳风条件下,极隙区较弱的极光强度时常伴随着南向IMF

本项研究通过统计分析首次清晰展现出决定极隙区极光强度的决定性因素,对深入认识极隙区太阳风-磁层耦合过程具有重要意义。

文章链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GL092414


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