夜側(cè)的地磁場(chǎng)會(huì)被太陽(yáng)風(fēng)拉伸形成“磁尾”。磁尾上、下部分磁場(chǎng)近似反向，其赤道附近磁場(chǎng)反向過(guò)渡的區(qū)域被稱(chēng)為磁尾電流片。地球磁尾電流片是磁層物理活動(dòng)最活躍的區(qū)域，也是地磁擾動(dòng)的激發(fā)區(qū)域，因此通常不是處于靜態(tài)，而是處于上下擺動(dòng)，或“拍動(dòng)”狀態(tài)。
作為一種重要的磁層能量釋放過(guò)程，磁尾電流片的拍動(dòng)現(xiàn)象正吸引著人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。幾十年來(lái)的研究表明，磁尾電流片的拍動(dòng)能形成大尺度的波動(dòng)，從午夜“源”區(qū)向磁尾兩翼傳播（圖1），傳播速度約幾十公里每秒，波長(zhǎng)約4個(gè)地球半徑。不少模型和理論試著去解釋拍動(dòng)的產(chǎn)生和傳播機(jī)制，但真實(shí)的物理過(guò)程仍不清楚。譬如，午夜區(qū)域的“源”到底是什么？拍動(dòng)波動(dòng)的傳播物理過(guò)程究竟怎樣？
圖1 電流片波動(dòng)傳播示意圖。扭結(jié)波從磁尾中心區(qū)域向兩翼傳播，但電流片拍動(dòng)的產(chǎn)生和傳播機(jī)制仍不清楚
針對(duì)這一系列關(guān)鍵物理問(wèn)題，中科院地質(zhì)與地球物理所地球與行星物理院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的高佳維博士及其合作導(dǎo)師戎昭金副研究員等利用Cluster多點(diǎn)衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)磁尾電流片的拍動(dòng)事件進(jìn)行了詳細(xì)的研究，觀測(cè)結(jié)果與現(xiàn)有拍動(dòng)模型結(jié)果均不同。他們通過(guò)對(duì)2001-2004年的事例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在午夜附近（|Y|<5 Re）拍動(dòng)類(lèi)型均為上下運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)態(tài)拍動(dòng)，該類(lèi)型的拍動(dòng)并不能形成波動(dòng)傳播（圖2a），而向磁尾兩側(cè)翼傳播的拍動(dòng)僅在其對(duì)應(yīng)的午夜前或午夜后的區(qū)域出現(xiàn)。據(jù)此，他們提出了一種新的磁尾電流片拍動(dòng)機(jī)制：類(lèi)似繩波或水波，午夜附近的“源”就是上下振蕩運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)態(tài)拍動(dòng)，這一過(guò)程進(jìn)而引起周?chē)拇艌?chǎng)和等離子體擾動(dòng)，形成拍動(dòng)波動(dòng)，向磁尾兩翼傳出（圖2b）。他們還對(duì)相繼兩個(gè)不同頻率的拍動(dòng)事例進(jìn)行研究后首次揭示，傳播出去的拍動(dòng)波動(dòng)具有明顯的色散和非線性特征：頻率高的拍動(dòng)波動(dòng)，傳播速度較快，波長(zhǎng)較短，振幅也較小，反之亦然。
圖2 （a）不同類(lèi)型拍動(dòng)的空間分布；（b）地球磁尾電流片拍動(dòng)產(chǎn)生的示意圖
研究成果為進(jìn)一步理解拍動(dòng)產(chǎn)生與傳播的物理過(guò)程提供了重要的觀測(cè)依據(jù)，近日發(fā)表于Journal of Geophysical Research: Space Physics。
- Gao J W, Rong Z J, Cai Y H, et al. The distribution of two flapping types of magnetotail current sheet: Implication for the flapping mechanism[J]. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2018，123，DOI：10.1029/2018JA025695.（原文鏈接）
- Rong Z J, Cai Y H, Gao J W, et al. Cluster observations of a dispersive flapping event of magnetotail current sheet[J]. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2018, 123(7): 5571-5579.DOI：10.1029/2018JA025196.（原文鏈接）