科研动态 | 空间中心科研人员在磁层亚暴和全球对流研究中取得重要进展

点击“国家空间科学中心”关注我们吧

近日，中国科学院国家空间科学中心（以下简称“空间中心”）太阳活动与空间天气全国重点实验室科研团队在磁层对流与亚暴物理研究中取得重要突破，从直接触发机制和全球组织结构两个层面，揭示了强亚暴在磁层对流控制下的演化规律，为理解太阳风—磁层整体耦合提供新的物理图像，并为极端空间天气科学诊断提供理论基础。

磁层亚暴是地球空间环境中最剧烈的爆发性过程之一，表现为极光增强和地面磁扰动。完整亚暴通常包括能量积累的生长期、能量快速释放的膨胀相、以及逐渐回复的恢复相，其中膨胀相是最显著、最具破坏力的阶段。长期以来，人们认为亚暴是一种“蓄能—释放”过程，但亚暴如何爆发、以及及膨胀相如何组织展开，一直是国际空间物理领域的核心前沿问题。

通过全球卫星观测与数值模拟联合分析，团队聚焦2024年5月超级磁暴期间的一次极端亚暴事件，直接挑战“亚暴必须经历显著磁通加载”的传统观点。研究发现，日侧磁重联驱动的对流与1区场向电流迅速建立，并在数分钟内扩展至夜侧，直接触发亚暴膨胀，几乎无需传统长时间磁通积累。模拟结果进一步表明，日侧磁重联驱动的全球对流能够直接促使磁尾电流片快速变薄，从而降低亚暴触发阈值并引发亚暴膨胀（图1）。

图1.日侧驱动对流直接触发亚暴机制的示意图。

进一步依托强磁暴期间的全球多点观测，研究团队首次揭示：亚暴膨胀并非孤立爆发事件，而是嵌入在一个全球尺度的场向电流、极光电流以及对流循环之中。该循环表现为电流峰值在磁经度和磁纬度上的系统性迁移——先向反日侧、向赤道方向推进，随后再向日侧、向极地方向回摆，并与增强的电离层向日对流同步演化。研究表明，这一全球循环同时涉及对流驱动的DP-2电流和亚暴爆发DP-1电流两个分量。结果表明，亚暴爆发可发生在日侧或夜侧磁重联占优的背景下，但完整的DP-1电流体系发展通常涉及夜侧磁重联过程。这一发现将局地亚暴爆发纳入全球对流与电流系统的整体框架之中。

这些研究结果在理论上形成有机统一：一方面从宏观尺度上确立亚暴膨胀嵌入全球电流与对流循环的组织结构框架，另一方面从磁流体动力学机制层面阐明日侧驱动的对流如何直接触发亚暴。整体研究表明，磁层对流是决定亚暴演化路径与触发条件的核心动力过程。

亚暴演化过程是“微笑卫星”（SMILE）任务重点关注的三大科学目标之一。上述成果不仅深化了对太阳风—磁层—电离层耦合机制的认识，也为极端空间天气事件的物理解释提供了科学理论依据。论文主要完成人员包括空间中心任勇副研究员、博士生王彤辉、戴磊研究员等。

论文链接：

Ren, Y., Zhu, M., Dai, L., Gonzalez, W., Wang, S., Wang, C., et al. (2026). Solar‐wind triggering of substorm onset during the May 2024 superstorm: Coordinated global observations and simulations. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL119629. https://doi.org/10.1029/2025GL119629

欢迎关注我们，转载授权、投稿事宜请
在文后留言，小编会尽快处理