科学家发现金星磁尾等离子体尾向加速最有效的区域

作者: 戎昭金

来源: 中国科学院地质与地球物理研究所

发布日期: 2015-03-26 08:23:28

中国科学院地质与地球物理研究所的研究人员发现金星磁尾等离子体尾向加速最有效的区域,证实了金星磁尾结构主要受控于上游行星际磁场方向,并揭示了磁场越尾分量的南北不对称性及其形成机制。

与地球不同的是,金星不含全球磁场,太阳风携带行星际磁场直接与金星上层大气电离层相互作用。由于行星际磁场与金星电离层的切割运动,电离层中会有感应电流产生。感应电流激发的附加磁场使得行星际磁场在接近金星的过程中逐渐被弯曲而“垂挂”在金星大气层外。垂挂的行星际磁场在太阳风等离子体流的带动下,进入金星背阳面,形成类似地球磁尾状的“感应”磁尾结构。

有研究表明,金星大气粒子主要是从金星磁尾电流片及磁尾边界层逃逸掉的。而磁场结构对于这些带电粒子的逃逸又起着决定性的控制作用。所以研究金星近磁尾的磁场三维结构分布特征对于探讨金星磁尾动力学和行星等离子体逃逸具有重要的科学意义。

中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室副研究员戎昭金等人利用金星快车2006年4月至2012年12月期间的磁场探测数据重构了金星磁尾下游0~3Rv(Rv=6052 km,金星半径)范围内磁场的三维结构分布特征。他们证实了金星磁尾结构主要受控于上游行星际磁场方向。而磁场越尾分量存在南北不对称,且这种不对称应该是在金星晨昏线附近形成,然后被等离子体流带入磁尾的。

对应地,他们在0~1.5Rv范围内发现磁场在南北半球侧翼处向磁赤道面“沉降”。他们估算了磁尾电流片的厚度和电流密度,发现在沿太阳风电场方向(+Z方向)的磁尾半球侧翼处电流片的厚度(~460km)几乎是磁赤道面附近厚度(~200km)的两倍,但是电流片中心处的电流密度则几乎相当(~6.0nA/m2)。这表明在沿电场方向的磁尾半球侧翼处,安培力j×B较强,等离子体在该区域能获得有效尾向加速。

这也与前人的等离子体流速观测是相一致的。相比之下,在沿电场反方向的磁尾半球侧翼处,平均磁场结构则显得杂乱无章,这表明动力学活动,譬如磁重联、湍动等倾向于在该处发生。

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