研究进展：THEMIS卫星对两步突发亚暴的最新观测研究

磁层亚暴是地球空间最重要的能量输入、耦合和耗散过程，通常可分为增长相、膨胀相和恢复相三个阶段。增长相是膨胀相开始前的一段时间，在此期间，从太阳风中汲取的能量被储存在磁层中。膨胀相对应于储能的释放或卸载，而在恢复相，磁层将回到基态。

图一：地球磁层磁力线在午-夜子午面的分布图。图中的磁力线是根据T89模型画出，且-19Re < x < 16re, -15re < z<15re(re表示地球半径)。

有些学者指出，亚暴膨胀相突发通常分为两步：初突发（initial onset,引起伪暴）和主突发（major onset，引起膨胀相）[Nakamura et al., 1994; Mishin et al., 2001]。在“伪暴(pseudo storms)”中，极光弧在初突发时增亮，随后在几分钟内消退，极光区域没有发生明显的膨胀[Akasofu，1964]。亚暴膨胀相突发(onset)时伴随着地向快速等离子体流和磁场偶极化等现象的发生。

Russell[2000]提出了一种由两步磁场重联过程构成的亚暴触发模型：先发生的初突发(伪暴)对应闭合磁力线的重联，随后发生的亚暴主突发对应瓣区开放磁力线重联。然而，文献中尚不存在很好的观测研究支持上述两步磁重联的亚暴突发模型；至于在亚暴膨胀相突发过程中，是否需要瓣区开放磁力线的重联也一直是存有争议的问题。THEMIS的多卫星探测数据为我们深入研究这个问题,提供了很好的机会。本文利用THEMIS卫星的数据分析工作非常清楚地表明瓣区开放磁力线重联导致了亚暴膨胀相的主突发过程，为上述两步磁重联模型提供了很好的观测支持，对于进一步认识亚暴突发过程和磁场重联在亚暴过程中的作用具有重要意义。

针对2009年2月27日THEMIS卫星观测到的亚暴事件,具体研究结果如下：（1）亚暴膨胀相主突发前，磁尾闭合磁力线重联导致了最先发生的弱极光活动－“伪暴”。伪暴期间，在中磁尾处观测到一个等离子体团。近地等离子体片中的地向快速等离子体流伴随磁场扰动产生了随后的其它弱极光活动。而在这期间，磁尾瓣区总压强缓慢而连续的增长表明磁通量在磁尾持续地堆积；（2）在亚暴膨胀相主突发时，瓣区磁场（磁通量）急剧地减小。这表明瓣区开放磁力线重联在磁尾发生。同时，极光的全球膨胀、强的地面Pi2脉冲、近地磁尾处减小的总压强、明显的磁场偶极化和电子注入都被观测到。在中、近磁尾观测到快速地向等离子体流（600 -800 km/s）伴随北向磁场，这是地向偶极化锋面传播的特征。我们认为弱极光活动（包括伪暴）是亚暴膨胀相的前兆；在这次亚暴事件中，闭合磁力线重联导致了局地弱极光活动，而瓣区开放磁力线重联提供了完整亚暴发生所需的大量磁通量和能量；该项工作为上述两步磁重联模型提供了很好的观测支持。

图二：2009年2月27日亚暴事件。亚暴膨胀相突发分为两步：初突发（0638 UT,引起伪暴）和主突发（0750UT，引起膨胀相）。

本工作主要由来自我中心、美国加州大学、加拿大卡尔加里大学、德国著名实验室以及中国科学技术大学等合作完成。相关研究结果已正式被美国著名杂志J. Geophys. Res.— Space Physics接受发表[Tang, C. L., V. Angelopoulos, A. Runov, C. T. Russell, H. Frey, K. H. Glassmeier, K. H. Fornacon, Z. Y. Li (2010),Precursor activation and substorm expansion associated with observations of a dipolarization front by THEMIS,J. Geophys. Res., in press]。本研究获国家自然科学基金和科技部973项目共同资助。