近日，北京航空航天大學空間與環境學院空間科學系Malcolm Dunlop教授等人，利用歐洲空間局（ESA）兩個旗艦衛星計劃Cluster和Swarm的探測資料，首次發現地球上空的磁層空間爆發性高速粒子流驅動地磁場劇烈擾動的直接觀測證據。該研究成果發表在國際空間物理知名期刊《地球物理學研究快報》（Geophysical Research Letters）上（圖一）。歐洲空間局網站以“Swarm and Cluster get to the bottom of geomagnetic storms”為題報道了這一新發現。該研究成果也被歐洲空間局評為亮點成果。北京航空航天大學博士生魏冬為論文的第一作者，Malcolm Dunlop教授為第二作者兼通訊作者。
GRL論文截圖
Malcolm Dunlop教授團隊根據磁層、電離層以及地面臺站的多點觀測資料，對2015年1月7日磁暴事件中內磁層的爆發性整體流、電離層共軛區域的場向電流以及地面共軛區域的磁場擾動等多個方面開展了研究。研究發現在地面磁場劇烈擾動期間，Cluster衛星在磁層空間觀測到了明顯的爆發性高速流。透過對電流的估算髮現在不同高度的磁層與電離層區域場向電流在形態和結構上有著驚人的相似。這直接證明了場向電流在磁層爆發性高速流與地面磁場劇烈擾動之間的紐帶作用，揭示了爆發性高速流透過場向電流對地面劇烈磁擾動的驅動作用。該物理過程如下圖所示。
磁層爆發性高速流驅動地面劇烈磁場擾動的示意圖（Credit: ESA）
歐洲空間局的報道中指出，雖然這一科學發現看起來有些學術，但對整個社會具有實際意義。隨著保障人類現代生活的地面和太空基礎設施的快速增長，我們對了解和監測空間天氣環境的需求也日益增強。未來採取適當的措施來保護這些基礎設施免受極端空間天氣的危害也是至關重要的。這些新的成果將有助於我們進一步理解地球磁層內可能導致潛在危害性空間天氣環境的過程。
該項研究獲得了國家自然科學基金創新群體、面上專案經費以及中國子午工程的支援。
相關論文連結：https://doi.org/10.1029/2020GL091781
