摘要：
中国科学技术大学空间物理教工党支部党员陆全明、高新亮研究团队在地球磁层中电磁离子回旋波的产生机制方面取得重要进展。该团队结合范艾伦探测器的高分辨率观测数据及OMNI网站提供的AE指数及太阳风动压P_d参数，给出了地球磁层中电磁离子回旋波可由高能质子和太阳风动压增强两种不同机制激发的证据。相关结果2020年10月17日在线发表在《Geophysical Research Letters》上。
电磁离子回旋波是地球磁层中一只常见的电磁波动。该波动对于多种动力学过程都有着重要的影响，包括对于环电流中质子的散射、重离子的加热以及相对论能级的电子沉降等。过往研究认为电磁离子回旋波的产生可能和两个因素有关：
一方面，亚暴期间的高能质子注入（AE指数表示），会导致低纬等离子体层顶及等离子体羽附近的波动产生；
另一方面，日侧太阳风动压的增强（P_d参数表示），会使得背景磁场在高磁纬度区域有局地极小值，有利于波动的产生。然而，目前仍然缺乏有力的观测证据来证实两种机制的存在。
图1. 亚暴期间粒子注入示意图
由于AE指数及P_d参数的采集与波动的探测之间存在时间延迟，首先需要对这两个参数进行时间修正。图一是亚暴期间高能粒子注入的示意图。该图中，高能质子由子夜侧注入后，会向着昏侧方向做漂移运动。由于亚暴注入往往存在一定空间范围（磁地方时=21-01），因此延迟也会有一定时间范围。我们将这段时间范围内AE指数的最大值定义为修正后的指数。而修正后的 P_d^+定义为前一个小时内P_d的最大值。在研究其中一个参数对于波动的影响时，我们限定另外一个参数处于较小的范围。
图2给出不同参数下，电磁离子回旋波的出现几率。在〖AE〗^+和 P_d^+ 参数都很小的平静时期，波动的出现几率很低，且分布较为均匀；当〖AE〗^+指数较大时，波动主要出现在昏侧，靠近磁赤道；而P_d^+参数较大时，波动主要出现在午侧附近，在磁赤道附近和高磁纬度区域都有较高的出现几率。
图2. 波动出现几率的空间分布。左：〖AE〗^+和P_d^+参数都很小的平静时期，中：P_d^+参数很小，〖AE〗^+参数很大的时期，右：〖AE〗^+参数很小，P_d^+参数很大的时期。
通过进一步分析波动的传播方向发现：当〖AE〗^+指数较大时，波动在磁赤道附近是双向传播的，而在高磁纬度区域是单向传播，表明此时波动的源区在磁赤道附近；而P_d^+参数较大时，除了磁赤道附近，在高磁纬度区域也有双向传播的事例，表明太阳风的挤压使得高磁纬度地区成为了电磁离子回旋波的另外一个源区。
这些观测结果清晰地展示了引起磁层当中电磁离子回旋波激发的两种不同因素：
（1）高能质子的注入会引起昏侧附近的波动产生，这些波动的源区在磁赤道附近；
（2）太阳风动压的增强会导致午侧波动的产生，磁赤道附近和高磁纬度区域都是波动的源区。
上述成果发表于空间物理领域权威学术期刊Geophysical Research Letter，论文的第一作者是中国科学技术大学的博士研究生陈华岳，共同通讯作者是中国科学技术大学陆全明教授和高新亮副教授。该成果获得了中科院战略性先导科技专项(XDB41000000)、国家自然科学基金(41774151, 41631071, 和41527804) 和中科院前沿科学重点研究项目(QYZDJ‐SSW‐DQC010)等支持。
论文信息：Chen, H., Gao, X., Lu, Q., Tsurutani, B. T., & Wang, S. (2020). Statistical evidence for EMIC wave excitation driven by substorm injection and enhanced solar wind pressure in the Earth's magnetosphere: Two different EMIC wave sources. Geophysical Research Letters, 47, e2020GL090275. https://doi.org/10.1029/2020GL090275
责任编辑：李新
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