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      2. 地空學院宗秋剛、樂超、傅綏燕教授磁層超強亞暴綜述研究在國際知名學術期刊Space Science Review上發表

        近日,北京大學地球與空間科學學院宗秋剛、樂超、傅綏燕教授在國際知名學術期刊Space Science Review上發表了題為“Shock Induced Strong Substorms and Super Substorms: Preconditions and Associated Oxygen Ion Dynamics”的綜述文章,為磁層亞暴的研究做出階段性的總結。

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        圖1. 絢爛的極光,便是亞暴發生的標志與產物

        磁層亞暴作為最普遍、常見的空間災害之一,自上世紀被發現以來一直是空間物理學的研究熱點。研究表明,行星際激波(IP Shock)可以觸發磁層亞暴。那么什么樣的行星際激波能觸發強亞暴(AE>1000nT)與超強亞暴(AE>2000nT)呢?這一問題對我們深入理解磁層亞暴這一現象十分關鍵。作者歸納總結發現,行星際激波觸發的強亞暴與超強亞暴往往發生在行星際磁場(IMF)南向和高速太陽風的情況下。另外,在春分(秋分)前后,當IMF指向(遠離)太陽時,行星際激波更容易觸發強亞暴,這主要是因為Russell-McPherron效應。因此,南向行星際磁場和Russell-McPherron效應被認為是由行星際激波觸發強亞暴和超強亞暴的先兆。除了行星際激波本身,被其壓縮過的日冕物質拋射(CME)鞘層更是攜帶了被壓縮的超強行星際磁場并具有平均7小時的持續時間,當磁場指向南向時,則可能觸發超強亞暴。觀測統計結果也證實了這一推論:超強亞暴往往發生于日冕物質拋射(CME)的鞘層。

        圖2. (a) 行星際激波及驅動其的CME示意圖。(b) Russell-McPherron效應原理示意圖

        與強亞暴伴隨而來的,是地球電離層單價氧離子的逃逸。在強亞暴與超強亞暴發生時,逃逸的氧離子將成為地球磁尾、環電流的主導成分。亞暴本身的產物——等離子體團(Plasmoid)、高速流(Burst Bulk Flow)也包含大量的逃逸氧離子。因此在亞暴期間,氧離子對磁層動力學的貢獻也是不可或缺的。

        圖3. 左圖:Cluster和Double Star對在SME達2500的超強亞暴中的高速流進行的聯合觀測。右圖:氧離子主導的高速流事件時間軸渲染圖。

        該文章的寫作出發點是2020年7月宗秋剛教授進行的一場題為《地球磁層強亞暴和超強亞暴》的線上講座(空間物理系列講座第一季第一期,bilibili錄像鏈接:https://www.bilibili.com/video/bv1ZK411n747),該講座系統地闡述了強亞暴和超強亞暴的研究歷史以及前沿進展。該講座當時吸引了幾百名空間物理學者在線參加(會議未開始已經超出了300人人數上限),現場更是提問不斷、互動熱烈,講座錄屏上傳后獲得上千次觀看以及好評。

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