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科学家发现磁层顶开尔文-赫姆霍兹不稳定性的X射线成像特性

导读: 太阳风重离子(如O7+)与磁层中性气体成分(如H)发生碰撞的过程中可以发生电荷交换,发射出软X射线波段的光子。

  太阳风重离子(如O7+)与磁层中性气体成分(如H)发生碰撞的过程中可以发生电荷交换,发射出软X射线波段的光子。在地球磁鞘区和极尖区中太阳风重离子密度较高,因而该区域X射线较强,利用此原理可以对磁层顶进行X射线成像研究,从而给出磁层的大尺度特性及三维动力学演化过程,对磁层物理学研究起到至关重要的作用。

  在此背景下,中国科学院空间科学与应用研究中心研究员王赤和伦敦大学学院教授G.Branduardi-Raymont共同提出了对地球磁层进行X射线成像的SMILE计划,即SolarwindMagnetosphereIonosphereLinkExplorer。

  作为该计划的一个子方向,空间中心空间天气学国家重点实验室副研究员孙天然、研究员王赤及探测室副研究员韦飞与英国科学家S.Sembay合作,利用全球三维磁流体力学(MHD)模拟研究了磁层顶开尔文-赫姆霍兹(Kelvin-Helmholtz,KH)不稳定性的X射线成像特性。在磁层顶低纬边界层中,由于磁鞘和磁层等离子体间存在速度剪切,较易产生KH不稳定性。KH涡旋将磁鞘中的太阳风等离子体卷起,从而可以造成X射线成像图中的亮斑。该增亮区域可以采用在X射线成像图中减去高纬背景的方式提取出来。并进一步针对KH区域X射线强度的时空分布进行研究,给出了磁层顶KH涡旋的三维结构特点及演化特性。

  该研究利用全球MHD模拟首次给出了磁层顶低纬边界层中KH不稳定性的X射线成像图,并指出X射线成像技术在磁层物理学研究方面具有极其重要的应用前景。该研究成果发表在美国地球物理学会(AGU)学术期刊《地球物理期刊》(JournalofGeophysicalResearch(JGR):SpacePhysics)上。

  开尔文-赫姆霍兹不稳定性区域在不同时刻的X射线成像图(数值模拟)

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