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研究进展

JGR:厘清行星际磁场方向对金星磁尾的调控作用

发稿时间:2017-01-15 作者:

金星虽然不含全球磁场,但太阳风携带着行星际磁场与金星电离层的直接相互作用会诱生出一个感应磁层空腔出来(如图1所示)。太阳风携带的行星际磁场在靠近金星电离层的过程中,受电磁感应作用,出现垂挂,弯曲,并被带入背阳面形成"感应"磁尾结构。在磁尾,磁场方向出现弯曲和反转的区域称为磁尾电流片。有研究表明磁尾电流片是金星大气等离子体逃逸的主要通道。

图1. 太阳风与金星相互作用形成感应磁层的示意图。实线箭头为行星际磁场方向(取自McComas et al.,1986,JGR)。

由图1所示,金星感应磁层主要来源于垂直于太阳风运动方向的行星际磁场分量的垂挂作用。而对于平行于太阳风运动方向的行星际磁场分量,有学者认为则会造成磁尾磁场的左右不对称分布。如图1所示,当行星际磁场含有明显尾向的平行分量时,相比于电流片右侧区域,电流片左侧区域磁场较强,磁场结构拉伸较为明显,且电流片会向右侧偏移。换句话说,磁尾磁场的结构会明显受行星际磁场的方向调控。火星和土卫六(泰坦)也有类似金星一样的感应磁层结构。

尽管一些对火星和土卫六的观测和模拟研究也支持这样的看法,但是由于实际太阳风中行星际磁场大多时候是扰动的,尤其早期先驱号在金星远磁尾的观测很少能有对应匹配的上游太阳风观测数据,所以还没有人能从观测上予以澄清这一重要科学问题:行星际磁场的平行分量到底能不能调控金星磁尾的磁场结构?

为从根本上回答这一科学问题,戎昭金副研究员等人利用金星快车近9年的磁场探测数据,对严格挑选出的相对平稳行星际磁场的事件分别作个例和统计分析,发现:平行于太阳风运动方向的行星际磁场分量对磁尾内部磁场结构并没有明显的调控作用。有无明显行星际磁场平行分量,都有可能出现磁尾磁场强度和结构的对称或不对称分布。对于出现明显行星际磁场平行分量的情形下,磁尾电流片也没有出现明显的偏移(如图2所示)。

图2. 在行星际电场坐标系下,磁尾Bx分量的空间分布(从磁尾朝太阳方向看)。图C中,Y=0附近处的黑色(红色)曲线代表行星际磁场明显反平行(平行)于太阳风情形下的磁尾电流片空间位置。

这个结论不仅澄清了多年来行星际磁场平行分量到底是否能调控金星感应磁尾这一重要科学问题,而且也能很好解释在明显行星际磁场垂直分量和平行分量两种情况下金星等离子体逃逸率基本相当的物理原因。这对于进一步研究火星和泰坦的磁尾形态学和动力学过程也具有重要的参考价值。

该工作发表在 Rong, Z. J., G. Stenberg, Y. Wei, L. H. Chai, Y. Futaana, S. Barabash, W. X. Wan, and C. Shen (2016), Is the flow-aligned component of IMF really able to impact the magnetic field structure of Venusian magnetotail , J. Geophys. Res. Space Physics, 121, doi:10.1002/2016JA022413.

原文链接 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JA022413/full


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