镜模波是温度各向异性、β值较高的等离子体中镜像模不稳固性发展形成的一种波，基本特性是磁场与等离子体密度的波动反相关。行星磁鞘内，随着太阳风压缩，各向异性加强，经常出现镜模布局。根据地球磁鞘中的大量观测布局，镜模波一般形成于弓激波处，由太阳风携带向磁鞘卑鄙对流，随着情况参数的变化，磁场波动的形态由形成初期的“波”，增长饱和成“峰”，阑珊演变为“谷”。
中国科学院国家空间科学中央空间气候学国家重点实验室研究员李磊课题组对MAVEN火星探测器2014年至2018年在火星磁鞘内观测的镜模波事件开展统计研究，发现绝大部分事件都发生在弓激波附近（图1），波、峰、谷三种形态各占47%、40%和13%。弓激波附近的磁鞘内，温度各项异性和等离子体β值都较高，镜模波形成后在很短时间内即可到达饱和，并维持饱和状态（图2）。
同时，研究发现，磁鞘总体上处于镜像模不稳固状态，与地球磁鞘内的准稳固状态存在较大差异（图3）。使用MHD模型进行流线追踪，研究发现约80%的镜模布局的演化时间短于10s，由于处于弓激波附近温度各项异性、高beta的情况中，这部分镜模布局不停处于非线性饱和状态；其余20%的事件，则和地球磁鞘内的镜模布局雷同，形态随情况参数的变化而变化。然而，由于向阳面大部分地区处于镜模不稳固状态，镜模布局无法演化进入阑珊阶段。这意味着火星向阳面磁鞘内的波粒相互作用可能不足以消耗太阳风与火星相互作用产生的自由能。
克日，相关研究成果发表在The Astrophysical Journal（APJ）上。
图1.火星磁鞘内的镜模布局分布（红蓝曲线分别代表磁层顶和弓激波波的匀称位置）
图2.镜模波幅值随演化时间的变化，大量事件处于饱和状态（红线），少量事件处于不稳固性线性增长阶段（黑线）
图3.磁鞘内的温度各向异性和等离子体β，火星观测值（蓝点）及拟合曲线（绿线），地球拟合曲线（红线），镜模不稳固性阈值（黑线）
来源：中国科学院国家空间科学中央 |
