七颗欧洲空间局(ESA)卫星联合探测地球磁场
2016-09-12
 
 
空间与环境学院外专千人Malcolm Dunlop教授领导一个中外科学家团队,利用欧洲空间局(ESA)两个旗舰卫星计划ClusterSwarm的探测数据,首次发现地球磁层和电离层电流耦合的观测证据。研究成果发表在国际空间物理顶级期刊美国地球物理研究通讯(Geophysical Research Letter)上。欧洲空间局(ESA)科学网站已以“七颗欧洲空间局(ESA)卫星联合探测地球磁场”为题立即报道了这个新发现。该成果也是欧洲空间局Swarm卫星发射一周年亮点成果。
 
电离层是地球上方大气层中被电离的区域,对卫星导航,通讯和定位至关重要。电离层可以向上延伸到约1000km高度,在这里与磁力线主导向外扩展的磁层区域耦合。磁层是人类卫星活动的主要空间。磁层中发生的灾害性空间天气事件是卫星运行安全的严重威胁。科学家很早就推测地球上空沿磁力线流动的电流(场向电流Field aligned current)在磁层和电离层耦合过程中起着重要作用。但是由于观测上的困难,一直没有得到证实。
 
20144月,欧洲空间局的Swarm三颗卫星位于500公里高度的电离层,Cluster四颗卫星位于15000公里高度的磁层。这两组卫星虽然位于不同高度,但是几乎位于同一根磁力线上(如图)。欧洲空间局报道中指出,来自中国北京航空航天大学的Dunlop教授领导的团队首次直接用三维局域磁场梯度对不同区域场向电流进行耦合观测。他们的研究发现在不同高度的两个区域场向电流在形态和结构上有着惊人的相似。这直接证明了场向电流在电离层和磁层耦合过程中所起的重要作用,它可以将能量从磁层从一个区域输运到另一个区域。
 
研究结果一经发表,就引起了国际学术界的高度关注。欧洲空间局Cluster卫星计划首席科学家Philippe指出:“ClusterSwarm两个卫星计划在2014年春天的联合观测加深了我们对可能影响地球外源磁场的场向电流和磁层动力学的理解。”欧洲空间局进一步指出“流入电离层的强电流可以通过感应电流使地球上的电力系统中断或者变得不稳定,并可以使输电变压装置等烧毁;该电流还可能影响地面上的其它导电装置”。
 
 
 
ClusterSwarm20144月研究中的位置。研究结果显示两个卫星计划很可能观测到了同一个大尺度场向电流。图片来源: ESA/ATG medialab.
 
Malcolm Dunlop,空间与环境学院,空间环境科学与技术交叉研究中心,外专千人,E-mail: malcolm.Dunlop@buaa.edu.cn
通讯员:刘文龙
 
参考文献
[1] Dunlop, M. W., J.-Y. Yang, Y.-Y. Yang, C. Xiong, H. Lühr, Y. V. Bogdanova, C. Shen, N. Olsen, Q.-H. Zhang, J.-B. Cao, H.-S. Fu, W.-L. Liu, C. M. Carr, P. Ritter, A. Masson, and R. Haagmans (2015), Simultaneous field-aligned currents at Swarm and Cluster satellites. Geophys. Res. Lett., 42, 3683–3691. doi: 10.1002/2015GL063738.
[2] Dunlop, M. W., Y.-Y. Yang, J.-Y. Yang, H. Lühr, C. Shen, N. Olsen, P. Ritter, Q.-H. Zhang, J.-B. Cao, H.-S. Fu, et al. (2015), Multispacecraft current estimates at swarm, J. Geophys. Res. Space Physics, 120, 8307–8316, doi:10.1002/2015JA021707.