空间中心科学家揭示行星际磁场变化引起的磁尾扭转变化规律

日前，国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室的王江燕、王赤、黄朝晖和孙天然利用自主开发的全球磁流体力学磁层模型（PPMLR-MHD）研究了行星际磁场条件对磁尾位形的影响。研究结果发现，不同于前人经验模型中磁尾旋转对称的假设，磁尾沿靠近行星际磁场方向的某一方向拉伸，拉伸方向随行星际磁场强度、方向和离开地球的位置距离的改变发生扭转。通过多参数拟合，作者得到了能够用于描述扭转角度与上述三个影响因素之间变化关系的经验表达式。此外，研究结果还发现，磁尾电流片随行星际磁场条件变化的扭转规律与磁层顶相似，只是幅值较小。作者通过对比模拟得到的电流片扭转角度平均值和前人观测的统计平均值，发现二者十分接近，这为该项工作中的MHD模拟结果提供了可靠性验证。

起源于太阳日冕的高速太阳风吹向地球，与其偶极磁场相互作用，在近地空间形成了包裹地球磁层的边界层，人们称之为磁层顶。磁层顶是太阳风和磁层耦合的重要作用区域，研究其位置位形不仅是空间天气预报的重要课题，也为其他物理问题的研究奠定了基础，例如太阳风能量向磁层的输入、Kelvin-Helmholtz不稳定性、磁层开放磁通问题等等。在过去的数十年内，许多研究人员利用卫星穿越磁层顶的事例建立了一系列的磁层顶经验模型。然而，由于磁尾卫星穿越事例的缺乏以及卫星观测本身的局地性，一直鲜有人对不同行星际磁场条件引起的磁尾位形变化作出细致定量的讨论。

王江燕等人的研究成果于近期发表在美国地球物理学会（American Geophysical Union AGU）学术期刊《Journal of Geophysical Research（Space Physics）》上，将为磁层顶位形模型的修正以及太阳风-磁层耦合的其他物理问题研究提供启示。

Citation：Wang, J. Y., C. Wang, Z. H. Huang, and T. R. Sun (2014), Effects of the interplanetary magnetic field on the twisting of the magnetotail: Global MHD results, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 1887–1897, doi: 10.1002/2013JA019257.

图一：磁尾拉伸方向随行星际磁场强度、方向和离开地球的位置距离的改变发生扭转。

图二：磁尾电流片随行星际磁场条件变化发生扭转。