子午工程助力“太空台风”的发现
时间 : 2021-03-10     

 近日,空间环境地基综合监测网(子午工程二期)建设团队之一——山东大学空间科学研究院张清和教授以其领导的国际研究团队与中国科学院国家空间科学中心王赤院士团队合作,首次在北极上空发现了类似台风的“太空台风”,这一成果发表于《Nature Communications》,并被《Nature》选为研究亮点,引起了全球科学家关注和国内外知名媒体争相报道。 

研究团队发现 “太空台风”源于太阳风-磁层耦合作用。在长时间极端地磁平静和行星际磁场北向,在地球磁层的高纬尾瓣处持续地发生的尾瓣磁重联过程,促使在北极磁极点上方的磁层与电离层之间形成了一个巨大的顺时针旋转的漏斗形磁螺旋结构。这个结构形成了太阳风带电粒子直接进入地球中高层大气、地球带电粒子逃逸至磁层的通道,极大提升了太阳风-磁层能量的耦合效率。这说明即使在极端平静地磁条件下,极区仍可能存在堪比超级磁暴活动时的局地剧烈地磁扰动和能量注入现象,这更新了人们对太阳风-磁层-电离层耦合过程的认识。 

我国子午工程南极中山站高频雷达在该研究中发挥了重要的支撑作用。在研究过程中,子午工程南极中山站高频雷达及其它南北半球极区广覆盖的超级双子极光雷达网(SuperDARN)联合提供了全球极区电离层大尺度对流的观测,为探究 “太空台风”的对流特征提供了观测依据,也为该现象的南北极半球不共轭特征提供了观测支撑。 

由中国极地研究中心负责建设的子午工程南极中山站高频雷达建成于2010年,并于当年加盟了国际超级双子极光雷达网(SuperDARN)国际组织,且与所有SuperDARN雷达实现了数据的准实时共享。与此同时,子午工程二期将在我国和南北极地区建设包括三站式高频雷达在内的192台设备,开展多台站、链网式、多要素和多手段的空间环境监测,这将对了解“太空台风”等空间环境中的灾害性空间天气的变化规律,促进对地球空间系统和多圈层耦合研究,提升我国空间天气领域的原创性科学研究能力发挥举足轻重的作用。 
(供稿:中科院国家空间科学中心、山东大学) 


  
图1 太空台风示意图

 
图 2 太空台风的形成机理示意图

 
图3 子午工程南极中山站高频雷达