我国学者与海外合作者在地球磁层对流模式研究方面取得进展

　　

图 磁层对流增强示意图。a) 经典的Dungey循环对流模式，b) 日侧驱动的磁层对流模式。a)图体现的夜侧驱动对流和b)图体现的日侧驱动对流是两个独立过程。黑色箭头代表磁力线，粉色箭头代表对流方向，蓝色箭头代表对流电场

　　太阳风是来自太阳的带电粒子流，持续不断地压缩地球磁场的磁力线而形成的空间称为地球磁层。等离子体物质的全球尺度对流是行星（地球）磁层的基本特征。太阳风的物质和能量对行星磁层的作用，特别是磁层中等离子体对流运动的驱动机制一直是太阳风-磁层耦合的前沿科学问题。

　　全球尺度磁层对流循环模式（Dungey Cycle）自20世纪60年代提出以来，一直是描述太阳风-磁层耦合的基本模式，在地球空间能量爆发事件（如磁暴、亚暴）等空间天气现象中发挥着关键作用。然而，该经典模式仅预言了等离子体对流周期一般在小时量级，在解释10到20分钟的快速响应对流事件时遇到了困难。

　　在国家自然科学基金项目（42188101、42174207）等资助下，中国科学院国家空间科学中心戴磊研究员、王赤院士以及国际团队成员密切合作，深入分析了磁层对2016年3月11日太阳风的响应。数值模拟和观测数据分析表明，日侧磁重联通过激发1区和2区的场向电流，直接驱动了磁层内的向日对流，对流增强在10－20分钟内即从日侧逐渐扩展到夜侧。值得注意的是，该过程在行星际磁场从北转南后几乎是即时发生的，在同一时段，夜侧磁重联并没有影响磁层对流模式。而在经典的磁层对流循环模式中，日侧和夜侧磁重联必须是一起联合运作的两个驱动。该研究提出了经典对流循环模式外的新图像（Pattern）——日侧磁重联直接驱动的磁层对流，表明日侧和夜侧磁重联可以相互独立地驱动磁层大尺度对流，支持了现代的扩展/收缩极盖模型和直驱亚暴模型的预期。

　　相关研究成果以“日侧磁场重联驱动的全球尺度磁层对流（Global-scale magnetosphere convection driven by dayside magnetic reconnection）”为题，于2024年1月20日在《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表，论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-44992-y。

　　研究强调了大尺度场向电流和等离子体对流在太阳风-磁层耦合中的关键作用，所提出的新物理图像可以在预期2025年发射的中欧联合空间科学卫星项目“微笑计划（SMILE）”任务中得到进一步检验。研究结果对于我们了解行星磁层空间的基本物理过程、提高空间天气预报的准确性具有重要的科学和应用价值。