近日，中科院空間天氣學國家重點實驗室的楊忠煒、劉潁等人利用Voyager衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)和全粒子模擬，分析了2007年8月31日-9月1日的日球層終止激波穿越事件，揭示日球層終止激波的微觀結構和耗散機制。這一工作發(fā)表在美國The Astrophysical Journal上。

　　由于受到外部星際介質(zhì)的約束，從太陽往外吹的太陽風形成了一個泡，即日球層。太陽風和星際介質(zhì)的交界面叫做日球層頂。在太陽風到達日球層頂之前，就已經(jīng)從超音速流（太陽風區(qū)域）降為了亞音速流（日鞘層區(qū)域），這個太陽風從超音速到亞音速的過渡層被稱為日球層終止激波。日球層終止激波被普遍認為是反常宇宙射線的源頭，它是空間和天體物理中一個重要的無碰撞激波實例。觀測資料表明，同樣是無碰撞激波，日球層終止激波與地球舷激波的微觀結構和耗散機制存在較大差別。至今，這個問題的答案仍不清楚。

　　楊忠煒、劉潁等首先考慮到日球層終止激波附近存在大量具有球殼狀速度分布的Pickup ions（約占總離子數(shù)的25%），利用全粒子模擬對這種多成分太陽風條件下的無碰撞激波進行了研究。結果表明：（1）Pickup ions在日球層終止激波的耗散中起主導作用，86%的上游離子宏觀動能在激波面處轉化為了下游Pickup ions的熱能；（2）激波下游/日鞘層的離子速度分布函數(shù)包含：一個冷核，主要由直接穿過激波的太陽風離子形成；一個較熱的中能段，由激波反射的太陽風離子和直接穿過激波的Pickup ions共同組成；一個高能尾，由激波反射的Pickup ions形成。其次，我們利用Voyager2號飛船的等離子體探測器數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬，解釋終止激波穿越事件中觀測到的磁場微觀結構和等離子體速度分布函數(shù)。從觀測和模擬得到的結果來看，兩者符合得較好（圖1）。這有力地說明，日球層終止激波面內(nèi)，Pickup ions將大部分的宏觀流動能量耗散成了熱能，從而使日球層終止激波的結構和耗散機制有別于一般的無碰撞激波。

　　該研究對于人們認識無碰撞激波的微觀結構和耗散機制等基本物理問題具有重要意義。

　　相關鏈接：http://iopscience.iop.org/0004-637X/809/1/28/Citation：Z. W. Yang, Y. D. Liu, J. D. Richardson, Q. M. Lu, C. Huang, and R. Wang (2015), Impact of pickup ions on the shock front nonstationarity and energy dissipation of the heliospheric termination shock: two-dimensional full particle simulations and comparison with Voyager 2 observations, ApJ, 809, 28.

　　（供稿：天氣室）

Voyager 2號飛船觀測到的日球層終止激波（a）磁場和（b）離子分布函數(shù)；全粒子模擬得到的終止激波（c）磁場和（d）離子分布函數(shù)（模擬Voyager飛船的法拉第杯粒子計數(shù)范圍）。（e）模擬中完整形態(tài)的離子速度分布函數(shù)(包含所有的太陽風離子和Pickup ions)。