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(chǎng)與等離子體密度的波動(dòng)反相關(guān)。在行星磁鞘內(nèi)，隨著太陽(yáng)風(fēng)壓縮，各向異性增強(qiáng)，常常出現(xiàn)鏡模結(jié)構(gòu)。根據(jù)地球磁鞘中的大量觀測(cè)結(jié)構(gòu)，鏡模波一般形成于弓激波處，由太陽(yáng)風(fēng)攜帶向磁鞘下游對(duì)流，隨著環(huán)境參數(shù)的變化，磁場(chǎng)波動(dòng)的形態(tài)由形成初期的“波”，增長(zhǎng)飽和成“峰”，衰退演變?yōu)椤肮取薄?/div>
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李磊研究員課題組對(duì)MAVEN探測(cè)器2014～2018年在火星磁鞘內(nèi)觀測(cè)的鏡模波事件進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)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(xiàng)異性和等離子體β值都較高,鏡模波形成后在很短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到飽和，并維持飽和狀態(tài)（圖2）。
與此同時(shí)，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(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)存在較大差別（圖3）。利用MHD模型進(jìn)行流線(xiàn)追蹤，發(fā)現(xiàn)大約80%的鏡模結(jié)構(gòu)的演化時(shí)間短于10s，由于處于弓激波附近溫度各項(xiàng)異性、高beta的環(huán)境中，這部分鏡模結(jié)構(gòu)一直處于非線(xiàn)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(lèi)似，形態(tài)隨環(huán)境參數(shù)的變化而變化。然而，由于向陽(yáng)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(wú)法演化進(jìn)入衰退階段。這意味著火星向陽(yáng)面磁鞘內(nèi)的波粒相互作用可能不足以消耗太陽(yáng)風(fēng)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(lán)曲線(xiàn)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(shí)間的變化，大量事件處于飽和狀態(tài)（紅線(xiàn)），少量事件處于不穩(wěn)定性線(xiàn)性增長(zhǎng)階段（黑線(xiàn)）
圖3 磁鞘內(nèi)的溫度各向異性和等離子體β，火星觀測(cè)值（藍(lán)點(diǎn)）及擬合曲線(xiàn)（綠線(xiàn)），地球擬合曲線(xiàn)（紅線(xiàn)），鏡模不穩(wěn)定性閾值（黑線(xiàn)）。
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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