由于弓激波的加熱和壓縮，地球磁鞘區(qū)等離子體呈現(xiàn)出劇烈湍動(dòng)的特征。同時(shí)，大量觀測(cè)表明磁鞘離子速度分布函數(shù)在平行和垂直于背景磁場(chǎng)的方向上常常呈現(xiàn)不同的溫度，即溫度各向異性。等離子體的溫度各向異性通常與電磁波動(dòng)的激發(fā)有著緊密聯(lián)系，而這通常被稱為等離子體不穩(wěn)定性。理解地球磁鞘區(qū)離子動(dòng)理學(xué)不穩(wěn)定性的驅(qū)動(dòng)和演化對(duì)于理解近地等離子體環(huán)境中電磁擾動(dòng)的激發(fā)和耗散規(guī)律至關(guān)重要。

在磁鞘中，諸如磁場(chǎng)強(qiáng)度、等離子體 β 值和阿爾芬馬赫數(shù)等參數(shù)呈現(xiàn)出顯著的空間演化特征，如最顯著的太陽(yáng)風(fēng)減速、壓縮和加熱現(xiàn)象發(fā)生在弓激波日下點(diǎn)區(qū)域。同時(shí)，激波上游多變的太陽(yáng)風(fēng)條件以及動(dòng)態(tài)的邊界條件也會(huì)顯著改變磁鞘等離子體的特性，如在準(zhǔn)平行激波條件下（即激波法向方向與行星際磁場(chǎng)之間的夾角較?。?，反射的場(chǎng)向離子束流會(huì)從激波處逃逸進(jìn)入激波前兆區(qū)，并由于離子動(dòng)理學(xué)不穩(wěn)定性產(chǎn)生強(qiáng)烈且大幅度的電磁波動(dòng)并對(duì)流到下游磁鞘中。然而，離子動(dòng)理學(xué)不穩(wěn)定性在地球磁鞘中是如何演化的，以及它們對(duì)上游太陽(yáng)風(fēng)條件的參數(shù)依賴關(guān)系究竟如何，目前仍不清楚。

近日，空間中心太陽(yáng)活動(dòng)與空間天氣全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王赤院士團(tuán)隊(duì)的蔣文策博士后與李暉研究員，聯(lián)合英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院穆拉德空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室Daniel Verscharen教授，基于MMS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析了亞離子尺度離子溫度各向異性驅(qū)動(dòng)的動(dòng)理學(xué)不穩(wěn)定性在地球向陽(yáng)側(cè)磁鞘內(nèi)的統(tǒng)計(jì)特征，揭示了地球磁鞘區(qū)典型的離子動(dòng)理學(xué)不穩(wěn)定性（如mirror-mode不穩(wěn)定性和firehose不穩(wěn)定性）的空間演化以及參數(shù)依賴關(guān)系（典型事例見(jiàn)圖一），發(fā)現(xiàn)了不穩(wěn)定性存在顯著的空間依賴性：與磁鞘側(cè)翼區(qū)域相比，mirror-mode不穩(wěn)定性的發(fā)生率在日下點(diǎn)磁層頂附近出現(xiàn)更高（如圖二所示）；Oblique-firehose不穩(wěn)定性的發(fā)生率在弓激波區(qū)域附近更高（如圖二所示）。此外，這些不穩(wěn)定性的發(fā)生及其空間分布與等離子體的上游條件直接相關(guān)。

該項(xiàng)研究揭示了地球磁鞘區(qū)不同離子動(dòng)理學(xué)不穩(wěn)定性的空間演化以及參數(shù)依賴關(guān)系，為理解磁鞘區(qū)復(fù)雜等離子體波動(dòng)激發(fā)和耗散規(guī)律提供了新的視角。本論文發(fā)表在本領(lǐng)域國(guó)際學(xué)術(shù)期刊上JGR: Space Physics上。

文章鏈接：Jiang, W., Li, H.*, Yang, Z., Verscharen, D., & Wang, C. (2025). Spatial dependence of ion‐kinetic instabilities in the Earth's magnetosheath: MMS observations. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 130, e2024JA033463. https://doi.org/10.1029/ 2024JA033463

圖一，磁層多尺度任務(wù)衛(wèi)星（MMS1）觀測(cè)到的Mirror-mode不穩(wěn)定性和Oblique-firehose不穩(wěn)定性事例（2017 年 1 月 25 日和 2017 年 10 月 6 日）。

圖二，MMS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)在溫度各向異性（Rp）與平行等離子體 β 值（βp‖）參數(shù)平面和GSE-XY平面內(nèi)的統(tǒng)計(jì)概率分布。

（供稿：天氣室）