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 磁鞘是行星磁层与太阳风相互作用产生的外边界层，磁鞘射流是其中动能远大于周边等离子体动能的等离子流体。大量的地球空间探测与分析表明，磁鞘射流是弓激波能量转化和传输的重要形式，能够对带电粒子的加速发挥作用。地球磁鞘射流能够驱动磁层顶边界层的磁场重联过程，促进太阳风物质和能量向磁层内部输运，影响地磁暴的发生和演化，对航天器运行以及空间通讯产生空间天气效应。研究地球磁鞘射流，对研究影响人造卫星运转和通讯的空间天气事件具有重要意义。近年来，学界在火星磁鞘发现了射流存在的证据，在水星磁鞘中也发现了一定证据支持射流的存在。然而，在其他行星磁鞘中是否存在射流仍是具有争议的问题。 沈超教授团队利用新近提出的空间多点探测方法——法向量场分析，对Cluster探测器数据进行了分析，发现了一种新的磁鞘射流产生机制：磁鞘射流能够产生于弓激波与太阳风间断面相互作用（图1），这种新的机制很大程度上提升了学界对射流产生的认识。这种新的机制不受激波准平行与准垂直的限制，能在所有行星弓激波上导致磁鞘射流的产生，这意味着射流在太阳系行星磁鞘中是普遍存在的。  （图1）地球磁鞘高速流产生激波波纹和激波-间断相互作用机制模型 为了进一步验证新的机制及其推论，沈超教授团队与约翰斯·霍普金斯大学、北京大学的学者合作，对旅行者2号在木星磁鞘的观测数据进行了再度分析，发现了3个射流。其中一个射流向太阳方向运动（类似的射流尚未在任一行星发现，其来源有待进一步研究），另外两个射流向木星方向运动，其中后两个射流符合新机制的预期。团队将这些新发现的射流与过去在地球和火星发现的射流对比，发现其空间尺度随弓激波空间尺度变化。与此同时，团队还分析了卡西尼计划的数据，初步发现了土星磁鞘射流证据，将可能的土星射流与水星射流纳入对比，发现所有射流都符合随弓激波尺度变化的规律（图2），进一步证实了行星磁鞘射流在太阳系中的普遍性。此项研究是行星物理领域的重要研究进展，对于空间天气学具有重要应用意义。  （图2）行星磁鞘射流持续时间（空间尺度）与相应行星弓激波尺度的关系 哈工大深圳校区为论文唯一通讯单位。哈工大深圳校区理学院博士研究生周宇飞是论文第一作者，沈超教授为通讯作者。约翰斯·霍普金斯大学应用物理学实验室萨瓦斯·拉普提斯博士，北京大学研究员王珊，深圳校区理学院博士后纪勇、博士研究生任年和马兰为合作作者。该项研究得到国家自然科学基金重点项目和国家重点研发计划“大科学装置前沿研究”重点专项的资助。 |
