空间中心科研人员利用Global全粒子模拟揭示舷激波的非稳态特性和磁场重联的多尺度结构

　　由于受到太阳风的冲击，地球磁层顶前会形成一个弯曲的舷激波，舷激波的非稳态特性研究是空间物理学的一个前沿问题，激波面非稳态会直接影响能量的耗散机制和粒子的加速机制。此外，磁层顶非对称磁场重联和磁尾重联均会受到行星际磁场和太阳风等离子体参数的调制，是太阳风-磁层耦合的重要纽带。构建一个包含电子-离子的全球（Global）磁层动理学全粒子模型（Particle-in-cell, PIC）对于进一步研究太阳风-磁层多尺度耦合的物理问题和粒子动理学行为具有重要的意义，还可联合磁层的全球磁流体模型（MHD），服务空间中心主持和参与的多个空间卫星计划项目。

　　目前，国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室杨忠炜和刘颍等人利用自主研发的全球全粒子模拟程序，系统研究了南向行星际磁场对激波非稳态和重联结构的影响。他们通过改变太阳风马赫数和等离子体beta值，发现高马赫数和低beta条件下，激波面会呈现强烈的非稳态特征；准垂直激波下游的粒子可以流动到准平行激波下游并漏出到前兆激波区域；磁尾重联在该条件下更加容易发生。他们的模拟结果不但与此前卫星观测结果以及局地全粒子重联模拟的结果一致，还能够展示太阳风粒子穿越舷激波在磁鞘内激发波动并最终影响磁层顶重联等多尺度耦合过程。

　　该工作揭示了非稳态舷激波发生的行星际条件，并首次给出了与局地模拟相当的时空分辨率下的全球磁层精细结构，为进一步研究太阳风和磁层的耦合和相关粒子动理学行为奠定了基础。该研究成果发表在SCI期刊The Astrophysical Journal Supplement series上，并被ResearchGate选为焦点文章（“Your research is in the spotlight”）。

　　相关链接：http://iopscience.iop.org/article/10.3847/0067-0049/225/1/13

　　Citation：Z. W. Yang, C. Huang, Y. Liu, G. K. Parks, R. Wang, Q. M. Lu, and H. D. Hu (2016), Global explicit particle-in-cell simulations of the nonstationary bow shock and magnetosphere, ApJS, 225:13, 1.

　　（供稿：天气室）

图太阳风-磁层相互作用的全球PIC模型：非稳态激波和非对称磁场重联。