摘要

感应磁层边界层是太阳风和火星相互作用过程中能量和动量输运的重要通道。哈尔滨工业大学（深圳）张铁龙教授团队基于MAVEN卫星数据，发现感应磁层边界层中的电流在日下点附近存在环状回路，而在昼夜分界面附近具有类似场向电流的特征。

火星虽然没有类似地球的内禀磁场，但在与太阳风相互作用的过程中会形成一个感应磁层。感应磁层与太阳风之间的过渡区域被称为感应磁层边界层 (Induced magnetosphere boundary, IMB)。IMB是太阳风—火星相互作用过程中能量和动量输运的重要通道，对其性质的研究可以显著增进我们对火星大气演化过程的认知。

之前的研究表明，当卫星从磁鞘穿越IMB进入感应磁层，太阳风粒子通量会急剧减少，源自行星的重离子的密度会逐渐增加，同时行星际磁场发生堆积而导致磁场强度增强。这种变化表明IMB内电流的存在。图1展示了一个日下点附近的IMB（蓝色和红色虚线之间的区域）穿越事例。可以发现IMB中存在着一层主要沿着Y方向的电流。然而目前对火星感应磁层边界层内电流统计特征的研究还比较缺乏。

图1 （a-b）磁场三分量和总强度；（c-d）电流三分量和总强度。Y轴给出了相对于火星地表的高度（左）和SZA（右）

我们基于MAVEN卫星的观测，分析了IMB内磁场强度、离子密度等参数随太阳天顶角 (Solar zenith angle, SZA) 的变化。卫星从磁鞘穿过IMB进入磁层/电离层的过程中，观测到的磁场堆积随着SZA增大而越来越不显著，IMB中的电流密度也会随着SZA的增大而减小。此外，如图2所示，在日下点附近 (SZA < 60°)，电流通常具有较大的Y分量，且呈现出环状的电流回路特征（蓝色圆圈标识的区域附近），该特征可能与日下点附近的霍尔电场相关。而在昼夜分界面附近 (SZA >60°)，存在着部分电流的方向沿着X轴。通过参考行星际磁场在火星附近的拖曳图像，可以发现这部分电流表现出类似场向电流的特征。该特征在赤道面也十分显著。我们的研究给出了IMB内的电流图像，对研究火星-太阳风相互作用有着重要意义。

图2. 火星感应磁层边界层内电流密度的大小和方向。左上角为昼夜分界面晨侧区域；左下角为昼夜分界面昏侧区域；右上角为日下点附近区域；右下角为赤道面附近区域。

上述成果于2023年11月发表于Icarus上。论文的第一作者为哈尔滨工业大学（深圳）的博士后陈远强，通讯作者为哈尔滨工业大学（深圳）的吴明雨副教授和张铁龙教授。研究受到了中国博士后基金（2022M720944）和国家自然科学基金 (42204177，42274219, 41974205)等项目的资助。

论文信息：Chen, Y.Q., Wu, M., Du, A.M., Xiao, S. D., Wang, G. Q., E, P., Zhang, T.L., Variations of the magnetic field and plasma parameters near the Martian induced magnetosphere boundary, Icarus, 408, 2024. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2023.115856