點擊“國家空間科學中心”關(guān)注我們吧

地球磁層頂磁場重聯(lián)是太陽風物質(zhì)能量進入地球空間的重要方式，也是地球磁層大尺度對流的主要驅(qū)動。以往觀測表明，地球磁層頂磁場重聯(lián)在空間尺度上可以延伸至數(shù)個地球半徑，甚至超過十個地球半徑。由于太陽風的繞流作用，重聯(lián)在不同區(qū)域的磁場和流場參數(shù)會有極大的差異，從而會使磁層頂重聯(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，這兩種剪切效應對重聯(lián)的影響有相似的特征，均會（1）引起重聯(lián)點的漂移運動，（2）降低重聯(lián)等離子體的出流速度。然而這兩種效應對重聯(lián)影響程度的對比依然缺乏研究。

中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣全國重點實驗室的研究團隊聯(lián)合中國科學技術(shù)大學等，利用磁層多尺度任務衛(wèi)星（Magnetospheric Multiscale, MMS）與亞暴中事件的時間歷程與宏觀尺度相互作用任務衛(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)域的多點同時觀測數(shù)據(jù)，從2015年至2023年的觀測中篩選出兩個典型事件，分別覆蓋了磁層頂?shù)牡湫蛥^(qū)域，包括日下點、側(cè)翼和高緯地區(qū)。通過觀測中磁層頂重聯(lián)的上游參數(shù)，分析并對比了磁剪切與流剪切效應。結(jié)果如圖1所示，在兩個觀測事例中，考慮磁剪切或流剪切的影響后，理論預測的重聯(lián)出流速度均與觀測速度更加接近。對比結(jié)果顯示，磁剪切在觀測中對重聯(lián)出流速度的影響相對較弱，而流剪切在高緯磁層頂可以通過產(chǎn)生較大的重聯(lián)點漂移速度來影響觀測中的重聯(lián)出流速度。

圖1. 在不同條件下預測的重聯(lián)出流速度柱狀圖。三個柱狀條從左到右分別表示：未考慮磁剪切與流剪切時的預測結(jié)果，僅考慮磁剪切時的結(jié)果，以及僅考慮流剪切時的結(jié)果。紅色區(qū)域表示磁剪切或流剪切對重聯(lián)出流速度的減弱作用，藍色斜條紋區(qū)域表示磁剪切或流剪切引起重聯(lián)點的漂移速度大小。

而在實際過程中，磁剪切與流剪切通常共同作用于磁場重聯(lián)，然而目前尚缺乏關(guān)于其綜合影響機制的研究。為探討該問題，作者假設重聯(lián)點的漂移速度為磁剪切與流剪切效應的線性疊加，并據(jù)此得到兩種剪切共同作用下對重聯(lián)出流速度的影響表達式。該表達式顯示磁剪切與流剪切對重聯(lián)的影響是彼此獨立的，與前述假設相一致。將觀測中獲得的參數(shù)代入該表達式，得到在上述假設條件下磁剪切與流剪切共同作用時重聯(lián)出流速度變化圖（如圖2所示）。結(jié)果說明：在磁層頂?shù)沫h(huán)境參數(shù)下，磁剪切更可能導致重聯(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)在對重聯(lián)點漂移速度的主導作用。

圖2. 磁剪切與流剪切共同作用時對重聯(lián)出流速度影響（基于重聯(lián)點漂移速度為兩種剪切效應疊加的假設）。

該項工作加深了我們對磁層頂重聯(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強弱的認識，同時探討了實際過程中兩種剪切效應對重聯(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。該項工作以“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，論文第一作者為實驗室張重樂博士研究生，通訊作者為唐斌斌研究員和李文亞研究員。該項工作得到了國家自然科學基金的資助。

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
在文后留言，小編會盡快處理