鏡模波是溫度各向異性、β值較高的等離子體中鏡像模不穩(wěn)定性發(fā)展形成的一種波，其基本特征是磁場與等離子體密度的波動反相關(guān)。在行星磁鞘內(nèi)，隨著太陽風壓縮，各向異性增強，常常出現(xiàn)鏡模結(jié)構(gòu)。根據(jù)地球磁鞘中的大量觀測結(jié)構(gòu)，鏡模波一般形成于弓激波處，由太陽風攜帶向磁鞘下游對流，隨著環(huán)境參數(shù)的變化，磁場波動的形態(tài)由形成初期的“波”，增長飽和成“峰”，衰退演變?yōu)椤肮取薄?/div>
中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室李磊研究員課題組對MAVEN探測器2014～2018年在火星磁鞘內(nèi)觀測的鏡模波事件進行了統(tǒng)計研究，發(fā)現(xiàn)絕大部分事件都發(fā)生在弓激波附近（圖1），波、峰、谷三種形態(tài)各占47%、40%和13%。弓激波附近的磁鞘內(nèi)，溫度各項異性和等離子體β值都較高,鏡模波形成后在很短時間內(nèi)即可達到飽和，并維持飽和狀態(tài)（圖2）。
與此同時，研究發(fā)現(xiàn)，磁鞘總體上處于鏡像模不穩(wěn)定狀態(tài)，與地球磁鞘內(nèi)的準穩(wěn)定狀態(tài)存在較大差別（圖3）。利用MHD模型進行流線追蹤，發(fā)現(xiàn)大約80%的鏡模結(jié)構(gòu)的演化時間短于10s，由于處于弓激波附近溫度各項異性、高beta的環(huán)境中，這部分鏡模結(jié)構(gòu)一直處于非線性飽和狀態(tài)；其余20%的事件，則和地球磁鞘內(nèi)的鏡模結(jié)構(gòu)類似，形態(tài)隨環(huán)境參數(shù)的變化而變化。然而，由于向陽面大部分區(qū)域處于鏡模不穩(wěn)定狀態(tài)，鏡模結(jié)構(gòu)無法演化進入衰退階段。這意味著火星向陽面磁鞘內(nèi)的波粒相互作用可能不足以消耗太陽風與火星相互作用產(chǎn)生的自由能。
該研究成果于近日發(fā)表在The Astrophysical Journal（APJ）上。
圖1 火星磁鞘內(nèi)的鏡模結(jié)構(gòu)分布（紅藍曲線分別代表磁層頂和弓激波波的平均位置）
圖2 鏡模波幅值隨演化時間的變化，大量事件處于飽和狀態(tài)（紅線），少量事件處于不穩(wěn)定性線性增長階段（黑線）
圖3 磁鞘內(nèi)的溫度各向異性和等離子體β，火星觀測值（藍點）及擬合曲線（綠線），地球擬合曲線（紅線），鏡模不穩(wěn)定性閾值（黑線）。
Citation: Jin Taifeng, Li Lei*, Zhang Yiteng, Xie Lianghai and Qiao Fuhao et al. (2022). "Statistical Analysis of the Distribution and Evolution of Mirror Structures in the Martian Magnetosheath." The Astrophysical Journal 929(2): 165.
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac5f00
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