點(diǎn)擊“國(guó)家空間科學(xué)中心”關(guān)注我們吧

地球磁層頂磁場(chǎng)重聯(lián)是太陽(yáng)風(fēng)物質(zhì)能量進(jìn)入地球空間的重要方式，也是地球磁層大尺度對(duì)流的主要驅(qū)動(dòng)。以往觀測(cè)表明，地球磁層頂磁場(chǎng)重聯(lián)在空間尺度上可以延伸至數(shù)個(gè)地球半徑，甚至超過(guò)十個(gè)地球半徑。由于太陽(yáng)風(fēng)的繞流作用，重聯(lián)在不同區(qū)域的磁場(chǎng)和流場(chǎng)參數(shù)會(huì)有極大的差異，從而會(huì)使磁層頂重聯(lián)在不同區(qū)域存在顯著不同的磁剪切和流剪切差異。這意味著真實(shí)的磁層頂重聯(lián)與理想重聯(lián)可能存在較大不同。已有研究表明，這兩種剪切效應(yīng)對(duì)重聯(lián)的影響有相似的特征，均會(huì)（1）引起重聯(lián)點(diǎn)的漂移運(yùn)動(dòng)，（2）降低重聯(lián)等離子體的出流速度。然而這兩種效應(yīng)對(duì)重聯(lián)影響程度的對(duì)比依然缺乏研究。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心太陽(yáng)活動(dòng)與空間天氣全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等，利用磁層多尺度任務(wù)衛(wèi)星（Magnetospheric Multiscale, MMS）與亞暴中事件的時(shí)間歷程與宏觀尺度相互作用任務(wù)衛(wèi)星（Time History of Events and Macroscale Interactions During Substorms, THEMIS）在磁層頂大尺度范圍內(nèi)不同區(qū)域的多點(diǎn)同時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，從2015年至2023年的觀測(cè)中篩選出兩個(gè)典型事件，分別覆蓋了磁層頂?shù)牡湫蛥^(qū)域，包括日下點(diǎn)、側(cè)翼和高緯地區(qū)。通過(guò)觀測(cè)中磁層頂重聯(lián)的上游參數(shù)，分析并對(duì)比了磁剪切與流剪切效應(yīng)。結(jié)果如圖1所示，在兩個(gè)觀測(cè)事例中，考慮磁剪切或流剪切的影響后，理論預(yù)測(cè)的重聯(lián)出流速度均與觀測(cè)速度更加接近。對(duì)比結(jié)果顯示，磁剪切在觀測(cè)中對(duì)重聯(lián)出流速度的影響相對(duì)較弱，而流剪切在高緯磁層頂可以通過(guò)產(chǎn)生較大的重聯(lián)點(diǎn)漂移速度來(lái)影響觀測(cè)中的重聯(lián)出流速度。

圖1. 在不同條件下預(yù)測(cè)的重聯(lián)出流速度柱狀圖。三個(gè)柱狀條從左到右分別表示：未考慮磁剪切與流剪切時(shí)的預(yù)測(cè)結(jié)果，僅考慮磁剪切時(shí)的結(jié)果，以及僅考慮流剪切時(shí)的結(jié)果。紅色區(qū)域表示磁剪切或流剪切對(duì)重聯(lián)出流速度的減弱作用，藍(lán)色斜條紋區(qū)域表示磁剪切或流剪切引起重聯(lián)點(diǎn)的漂移速度大小。

而在實(shí)際過(guò)程中，磁剪切與流剪切通常共同作用于磁場(chǎng)重聯(lián)，然而目前尚缺乏關(guān)于其綜合影響機(jī)制的研究。為探討該問(wèn)題，作者假設(shè)重聯(lián)點(diǎn)的漂移速度為磁剪切與流剪切效應(yīng)的線性疊加，并據(jù)此得到兩種剪切共同作用下對(duì)重聯(lián)出流速度的影響表達(dá)式。該表達(dá)式顯示磁剪切與流剪切對(duì)重聯(lián)的影響是彼此獨(dú)立的，與前述假設(shè)相一致。將觀測(cè)中獲得的參數(shù)代入該表達(dá)式，得到在上述假設(shè)條件下磁剪切與流剪切共同作用時(shí)重聯(lián)出流速度變化圖（如圖2所示）。結(jié)果說(shuō)明：在磁層頂?shù)沫h(huán)境參數(shù)下，磁剪切更可能導(dǎo)致重聯(lián)出流速度的降低與重聯(lián)的抑制，流剪切的影響則體現(xiàn)在對(duì)重聯(lián)點(diǎn)漂移速度的主導(dǎo)作用。

圖2. 磁剪切與流剪切共同作用時(shí)對(duì)重聯(lián)出流速度影響（基于重聯(lián)點(diǎn)漂移速度為兩種剪切效應(yīng)疊加的假設(shè)）。

該項(xiàng)工作加深了我們對(duì)磁層頂重聯(lián)在大尺度空間區(qū)域內(nèi)受磁剪切與流剪切影響程度及其相對(duì)強(qiáng)弱的認(rèn)識(shí)，同時(shí)探討了實(shí)際過(guò)程中兩種剪切效應(yīng)對(duì)重聯(lián)出流速度綜合影響的物理關(guān)系與圖像，為今后研究這兩種剪切的綜合影響提供了參考和基礎(chǔ)。該項(xiàng)工作以“Effects of Magnetic Shear and Flow Shear on Magnetopause Magnetic Reconnection: Simultaneous Observations From MMS and THEMIS”為題發(fā)表在JGR: Space Physics上，論文第一作者為實(shí)驗(yàn)室張重樂(lè)博士研究生，通訊作者為唐斌斌研究員和李文亞研究員。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

論文鏈接:

https://doi.org/10.1029/2025JA033778

歡迎關(guān)注我們，轉(zhuǎn)載授權(quán)、投稿事宜請(qǐng)
在文后留言，小編會(huì)盡快處理