無碰撞激波是空間物理、天文物理和等離子體物理中一種常見而又基本的物理現(xiàn)象。激波與重聯(lián)和湍動一起，在國際上被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)磁結(jié)構(gòu)跨尺度演化、等離子體能量轉(zhuǎn)化耗散、高能粒子加速加熱的三大機(jī)制。激波在日球?qū)又衅毡榇嬖冢缣柋l(fā)伴隨的日冕波、日冕物質(zhì)拋射物（CME）驅(qū)動激波、地球、火星、木星等行星的弓激波、旅行者號發(fā)現(xiàn)的拾起離子媒介下的日球?qū)咏K止激波，以及有待太陽系邊際探測工程等未來深空任務(wù)探明的日球?qū)庸げ?弓形波。天文中的激波更是遍布宇宙，例如超新星爆發(fā)殘留/遺跡激波、黑洞噴流驅(qū)動激波等。激波對天體和生命的形成和演化具有重要意義，因此在空間和天文領(lǐng)域都引起了廣泛興趣。

　　最近，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心太陽活動與空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王赤院士團(tuán)隊(duì)的楊忠煒副研究員、郭孝城研究員、孫天然研究員、唐斌斌研究員與國內(nèi)外合作者一起對準(zhǔn)徑向太陽風(fēng)磁場條件下的磁層頂非穩(wěn)態(tài)演化及軟X射線成像特性進(jìn)行了研究。研究揭示了弓激波尤其是準(zhǔn)平行激波下游形成的高速流（high speed jets）可沖擊磁層頂形成地球半徑尺度、持續(xù)時(shí)間從秒到分鐘量級的凹凸形變。太陽風(fēng)-磁層相互作用全景成像衛(wèi)星任務(wù)（SMILE）的寬視場軟X射線成像儀將對這類太陽風(fēng)—磁層耦合新過程開展首次成像。

　　地球弓激波在理論模型和磁流體模擬中是教科書式的平整曲面，當(dāng)考慮粒子動理學(xué)效應(yīng)后，一部分太陽風(fēng)粒子被弓激波反射并與入流太陽風(fēng)發(fā)生相互作用形成前兆激波（foreshock）。前兆激波富含低頻波動，裹挾著低頻波的太陽風(fēng)將弓激波打成孔塞狀（圖1a），整個(gè)弓激波表面呈現(xiàn)出漣漪和波紋等非穩(wěn)態(tài)特性——“如同平靜的湖面遭遇一場冰雹泛起洶涌波濤”。因此準(zhǔn)平行激波下游一些沒有得到充分減速的等離子體在越過弓激波后形成了磁鞘區(qū)的高速流瞬態(tài)結(jié)構(gòu)?？蒲腥藛T通過全球混合模擬發(fā)現(xiàn)，這些高速流可增強(qiáng)當(dāng)?shù)氐能沊射線強(qiáng)度，并改變磁層頂拓?fù)湫螒B(tài)（圖1b）。這些高速流能影響日側(cè)極光，被認(rèn)為是具有地球物理影響（geoeffective）的過程之一，是太陽風(fēng)—磁層相互作用新的研究熱點(diǎn)。SMILE團(tuán)隊(duì)的Jenny Carter在“the Royal Society in London at a Space Lates event”公眾會上展示和宣傳了本團(tuán)隊(duì)的模擬工作，SMILE歐方PI Graziella Branduardi-Raymont來信對中方SMILE科學(xué)團(tuán)隊(duì)的MHD和Hybrid模擬工作給予了高度評價(jià)。

　　目前，該研究成果已在線發(fā)表于Earth and Planetary Physics的SMILE專欄（https://doi.org/10.26464/epp2023059）上。

圖：全球混合模擬中(a)地球弓激波的孔塞狀和(b)磁層頂形變特性，SMILE衛(wèi)星軟X射線強(qiáng)度在模擬中的三維分布。

　　（供稿：天氣室）