世界第一次！“太空台风”之谜揭开了.
“太空台风”示意图
低层大气中的强热带气旋被称为台风或飓风。但是在地球或者其他星球的高层大气中有类似的现象吗？2月22日，《自然通讯》在线公布了山东大学空间科学研究所张庆和教授领导的国际团队的最新研究成果，并被《自然》(自然)选为研究亮点。在这项研究中，科学家们首次在地球极地的电离层和磁层中发现了一种台风或类似飓风的现象，并将其命名为“太空飓风”，揭示了其形成机制。
张庆和认为，与低层大气中的中性粒子环境不同，高层大气(磁层和电离层)属于等离子体(带电粒子)环境。如果台风或飓风真的存在，将预示着一个非常高效的日地能量耦合过程。他说，在高层大气中发现这种特殊现象，将更新人们对太阳风-磁层-电离层耦合过程的认识。因此，全世界的科学家都在努力寻找它的踪迹。
DMSP卫星极光和安培磁场电流的观测图像。图像投影在地磁和磁本地时间坐标系中，这是从北极向下看的效果。
此次活动期间，空间科学与应用研究中心模拟的磁层场流分布三维切片图、电离层投影图和部分磁力线三维分布图为三维磁流体力学。
但由于高空大气广阔，环境恶劣，长期以来该地区一直缺乏观测，从未出现过台风或类似飓风的现象。
多年来，张庆和带领团队与国内外研究人员合作，利用一系列先进的观测设备或装置和计算机数值模拟进行了系统的研究。值得注意的是，该团队使用的“利器”包括月球轨道卫星、电离层卫星和中国的南北两极地面站等。以及空间科学和应用研究中心以高时空分辨率对相关事件进行的三维太阳风-磁层-电离层耦合磁流体动力学模拟。
研究重点出现在2014年8月20日。这一天，北极出现了一个巨大无比的亮点，引起了研究者的极大关注。当时在长时间的地磁极端平静下，地球北极附近出现了类似台风气旋的极亮斑结构，其水平尺度超过1000公里。
“通常在磁极点附近的极覆盖区没有明显的极光，极光多出现在纬度较低的极光椭圆内。”张庆和指出，“而且它的亮度比极光椭圆中的极光强得多，所以很明显这个亮点不是我们见过的极光。”
极地电离层和磁层“空间台风”形成示意图
更全面的观测数据表明，该结构伴随着明显的强亮点向上场流、强等离子体对流涡旋切变、离子向上、局部电子温度上升到1000K以上、先负后正的双极磁场结构，沉积电子加速到10keV以上，与超级磁暴的电子沉积能通量相当。
对此，研究人员认为与台风或飓风非常相似，包括台风眼中心接近零的等离子体速度，表明磁场存在圆形扰动。因此，他们将这一新现象命名为“太空台风”。
研究人员还通过进一步的观测和模拟对比分析，揭示了“太空台风”的形成机制。
在这漫长的极度平静时期，地球高纬度磁层顶部尾波瓣磁场相对稳定的重联和磁力线或磁流管的演化导致它促使地球北极磁极点以上的电离层和磁层形成巨大的顺时针漏斗状磁螺旋结构。这种结构形成了太阳风带电粒子直接进入地球中高层大气和电离层离子上升逃逸到磁层的通道，大大提高了太阳风-磁层能量的耦合效率。同时，这种结构造成的极端空间天气环境也会直接影响相关区域的无线通信导航定位、超视距雷达探测以及卫星的正常运行。
根据张庆和的说法，这项研究表明，在极其平静的地磁条件下，可能仍然存在与极地超级磁暴活动期间相当的局部严重地磁扰动和能量注入现象，这更新了人们对极其平静条件下太阳风-磁层-电离层耦合过程的认识。
约翰霍普金斯大学应用物理实验室的研究员张永亮和空间科学和应用研究中心的研究员王驰是这篇研究论文的第一作者和通讯作者，张庆和对此作出了重要贡献。这项研究得到了中国国家自然科学基金、国家经络项目和国际空间科学研究所的支持。
资料来源：《科技日报》