研究探索火星上的磁鞘射流

地球上的磁鞘射流是等离子实体，它们在等离子周围具有较高的动态压力，并且可以引起在这种环境中传输能量的波。正如HerbertGunell和瑞典于默奥大学物理系和瑞典空间物理研究所的研究小组使用MAVEN航天器数据库观察到的那样，这种喷流也存在于地球之外的火星磁鞘中。该团队的成果现已发表在《科学进展》上。

这种地球现象的地外对应物在火星上相对不同，因为它的弓形激波较小，并且与磁场波动增加有关，例如太阳系中的喷流影响天体物理等离子体。在这项工作中，研究团队结合了单航天器数据库驱动的分析来验证火星磁鞘中喷流的存在。

地球上磁鞘形成和发展的机制：对火星的影响

天体物理学家最初假设磁鞘喷流只存在于地球上。然而，由于所有行星都有弓形激波，有些彗星也有，因此激波现象在天体物理学中无处不在。在这项研究中，MAVEN航天器获得的数据清楚地显示了火星磁鞘中存在喷流。

当太阳风遇到地球磁场时，由此产生的从超音速流到亚音速流的变化形成弓形激波。制动的太阳风可以形成磁鞘，这是一个带有加热等离子体的压缩区域。磁鞘射流通过等离子体中压力的动态呈现而发生，这是由于地球上密度和/或速度的增加而产生的。天体物理学家最初在实验室中使用具有背景等离子体的真空来设计等离子团来研究射流穿过磁场的运动。研究人员在1990年代末首次报告了地球上的这种现象，现在已经产生了大量的工作。

射流可以在磁鞘中产生波，从而引起表面波和地面磁力计检测到的阿尔文波的发射。这个概念还与一种称为咽喉极光的现象有关。大多数弓激波形成和磁鞘产生的机制表明太阳风与弓激波上的涟漪相互作用，相对于短大振幅磁结构(SLAMS)，或热流异常，以及弓激波重组。喷流对于缩小磁鞘中的弓形激波以及将太阳风能转化为等离子体环境中的波能是不可或缺的。

MAVEN航天器数据分析

Gunell及其同事展示了MAVEN航天器在2017年1月28日和1月29日以及2020年6月10日观测到的三个喷流示例。在最初的观测时间轴上，该团队将航天器的位置投射到火星的主要平面上太阳轨道坐标系。他们用虚线和实线示意性地展示了结果，以显示研究中的模型弓激波。在随后的分析中，航天器没有进入太阳风;因此，第二个时间范围的参数是根据磁鞘中的测量值估算的。

从数据库中获得的离子谱显示出许多质子和α粒子群。由于其较大的回转半径，与质子相比，α粒子在通过弓形激波后需要更长的时间进行热化。该团队进一步检查了2017年和2020年两个时间段内磁鞘喷流与火星的比较接近程度，以表明该现象在更早的时间段比后者更接近火星，正如MAVEN航天器遇到和记录的那样。

弓激波的演变

到2020年6月10日，该团队观察到喷射磁鞘发生在更下游和更高的高度。他们注意到两个增加的动态压力脉冲和更长的弓激波距离导致了α粒子和质子的混合，而不是作为不同的群体出现。场景的增强动态压力取决于密度的增加，其中磁场波动在射流内部显示出更高的振幅。

天体物理学家继续监测弓激波和行星际磁场。单航天器研究揭示了对射流大小的简单估计。Gunell及其同事将射流大小与磁鞘尺度进行了比较，以得出有关射流形状及其起源的结论。例如，他们记录了在离子速度方向上4000-18,000公里范围内的射流大小，这一比例远大于天文台航天器行进的距离。

外表

通过这种方式，HerbertGunell及其同事展示了地球上磁鞘喷流的普遍存在和地球效应现象如何产生波并在磁鞘内转移能量。虽然这些现象以不同的规模和特征存在于地球大气层之外的火星磁层上，但它们在两个行星环境中扮演着相似的角色。

研究人员建议在未来采用更大规模的统计研究来定量估计火星上适用于不同太阳风条件的磁鞘射流的地球有效性，以覆盖地球周围的所有空间区域。