太阳风与地磁场的相互作用使得地球背阳面磁层被拉伸形成磁尾。磁尾由磁场方向互为反平行的两个尾瓣组成。在两个尾瓣之间磁场反向过渡的区域，磁场较弱，电流密度较大，一般称之为磁尾电流片。磁尾储存了磁层的大部分磁能，储存的磁能通过各种动力学活动，譬如磁重联，不稳定性等，在磁尾电流片中以等离子体高速流、波动等形式转化释放出来，从而造成地面地磁场扰动，并伴随极光活动的产生。多年来对地球磁尾电流片的观测表明，电流片存在拍动现象，表现为卫星多次穿越电流片，并且拍动能形成波动从午夜向磁尾两侧传播，如图1所示。当前对电流片拍动形成的物理机制还不清楚。
图1. 地球磁尾电流片的拍动传播。未扰电流片在XY平面内。
与地球不同，金星不存在全球内秉磁矩。但是太阳风与金星电离层的相互作用也能形成感应磁尾结构，如图2所示。之前也有人注意到金星磁尾电流片也存在拍动现象，但是不清楚该拍动是否如地球情形，能形成波动从午夜向两侧传播。所以从一定程度上而言，比较研究金星、地球的磁尾电流片拍动有助于揭示电流片的真实拍动机理，这对于比较探究电流片的动力学活动过程具有重要的物理意义。然而，在当前，由于行星深空探测依赖的基本都是单颗卫星的观测。单颗卫星的观测无法计算电流片的运动方向，因此也无法判断电流片的拍动能否形成波动传播。
图2. 金星感应磁层的磁尾结构
为了研究金星磁尾电流片的拍动特征，戎昭金副研究员等人利用单颗卫星的磁场观测，发展了一个可定性诊断电流片拍动和传播的分析方法，并将该方法应用到金星快车探测金星的情形中。他们发现金星磁尾电流片存在两种拍动状态：1. 稳定拍动，仅电流片来回摆动，摆动不形成波动传播；2. 扭曲拍动，拍动能形成波动传播。研究还进一步发现拍动波的传播方向与地球的明显不同，如图3所示，他们猜测，拍动波的激发源在电流片的两个侧翼处，很可能是外部磁鞘中的太阳风扰动激发了电流片的拍动。他们据此提出了一个猜想：对于含内秉磁矩的星体，其磁尾存在的拍动特征应该与地球磁尾类似，激发源在午夜，拍动向磁尾两侧翼传播；而对于无磁星体的感应磁尾而言，其拍动特性应该类似金星，激发源在电流片两侧翼。该猜想可望得到进一步工作的验证。
图3. 金星感应磁尾电流片的拍动传播特性，未扰电流片在XZ平面内。
以上研究成果近期发表在国际知名地球物理期刊Journal of Geophysical Research，并被选为当期亮点文章。
- Rong, Z. J., et al., (2015), Technique for diagnosing the flapping motion of magnetotail current sheets based on single-point magnetic field analysis, J. Geophys. Res. Space Physics, 120, 3462–3474, doi: 10.1002/2014JA020973.
- Rong, Z. J., et al., (2015), The flapping motion of the Venusian magnetotail: Venus Express observations, J. Geophys. Res. Space Physics, 120, doi: 10.1002/2015JA021317.
原文链接
- http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014JA020973/full
- http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015JA021317/full