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近日，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心（以下簡稱“空間中心”）太陽活動與空間天氣全國重點實驗室科研團(tuán)隊在磁層對流與亞暴物理研究中取得重要突破，從直接觸發(fā)機(jī)制和全球組織結(jié)構(gòu)兩個層面，揭示了強(qiáng)亞暴在磁層對流控制下的演化規(guī)律，為理解太陽風(fēng)—磁層整體耦合提供新的物理圖像，并為極端空間天氣科學(xué)診斷提供理論基礎(chǔ)。

磁層亞暴是地球空間環(huán)境中最劇烈的爆發(fā)性過程之一，表現(xiàn)為極光增強(qiáng)和地面磁擾動。完整亞暴通常包括能量積累的生長期、能量快速釋放的膨脹相、以及逐漸回復(fù)的恢復(fù)相，其中膨脹相是最顯著、最具破壞力的階段。長期以來，人們認(rèn)為亞暴是一種“蓄能—釋放”過程，但亞暴如何爆發(fā)、以及及膨脹相如何組織展開，一直是國際空間物理領(lǐng)域的核心前沿問題。

通過全球衛(wèi)星觀測與數(shù)值模擬聯(lián)合分析，團(tuán)隊聚焦2024年5月超級磁暴期間的一次極端亞暴事件，直接挑戰(zhàn)“亞暴必須經(jīng)歷顯著磁通加載”的傳統(tǒng)觀點。研究發(fā)現(xiàn)，日側(cè)磁重聯(lián)驅(qū)動的對流與1區(qū)場向電流迅速建立，并在數(shù)分鐘內(nèi)擴(kuò)展至夜側(cè)，直接觸發(fā)亞暴膨脹，幾乎無需傳統(tǒng)長時間磁通積累。模擬結(jié)果進(jìn)一步表明，日側(cè)磁重聯(lián)驅(qū)動的全球?qū)α髂軌蛑苯哟偈勾盼搽娏髌焖僮儽。瑥亩档蛠啽┯|發(fā)閾值并引發(fā)亞暴膨脹（圖1）。

圖1.日側(cè)驅(qū)動對流直接觸發(fā)亞暴機(jī)制的示意圖。

進(jìn)一步依托強(qiáng)磁暴期間的全球多點觀測，研究團(tuán)隊首次揭示：亞暴膨脹并非孤立爆發(fā)事件，而是嵌入在一個全球尺度的場向電流、極光電流以及對流循環(huán)之中。該循環(huán)表現(xiàn)為電流峰值在磁經(jīng)度和磁緯度上的系統(tǒng)性遷移——先向反日側(cè)、向赤道方向推進(jìn)，隨后再向日側(cè)、向極地方向回擺，并與增強(qiáng)的電離層向日對流同步演化。研究表明，這一全球循環(huán)同時涉及對流驅(qū)動的DP-2電流和亞暴爆發(fā)DP-1電流兩個分量。結(jié)果表明，亞暴爆發(fā)可發(fā)生在日側(cè)或夜側(cè)磁重聯(lián)占優(yōu)的背景下，但完整的DP-1電流體系發(fā)展通常涉及夜側(cè)磁重聯(lián)過程。這一發(fā)現(xiàn)將局地亞暴爆發(fā)納入全球?qū)α髋c電流系統(tǒng)的整體框架之中。

這些研究結(jié)果在理論上形成有機(jī)統(tǒng)一：一方面從宏觀尺度上確立亞暴膨脹嵌入全球電流與對流循環(huán)的組織結(jié)構(gòu)框架，另一方面從磁流體動力學(xué)機(jī)制層面闡明日側(cè)驅(qū)動的對流如何直接觸發(fā)亞暴。整體研究表明，磁層對流是決定亞暴演化路徑與觸發(fā)條件的核心動力過程。

亞暴演化過程是“微笑衛(wèi)星”（SMILE）任務(wù)重點關(guān)注的三大科學(xué)目標(biāo)之一。上述成果不僅深化了對太陽風(fēng)—磁層—電離層耦合機(jī)制的認(rèn)識，也為極端空間天氣事件的物理解釋提供了科學(xué)理論依據(jù)。論文主要完成人員包括空間中心任勇副研究員、博士生王彤輝、戴磊研究員等。

論文鏈接：

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

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