武汉大学袁志刚/黄狮勇团队揭秘火星感应磁层超快响应过程

（通讯员姜奎）近日，武汉大学地球与空间科学技术学院教授袁志刚、黄狮勇团队，联合中国科学技术大学、哈尔滨工业大学（深圳）、奥地利科学院空间研究所等单位，基于我国“天问一号”和美国MAVEN火星探测器的联合观测数据，揭示了火星感应磁层对行星际磁场旋转变化的超快响应过程。研究发现，当太阳风携带的行星际磁场方向突然变化时，火星感应磁层中的磁场会在数分钟内随之调整；同时，逃逸氧离子羽流也会快速转向，并在约168秒内进入探测器视场。这表明火星空间环境并非缓慢变化的“静态系统”，而是一个对太阳风磁场变化高度敏感的动态系统。

相关成果发表于国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications），题目为“Induced magnetosphere of Mars responds fast to interplanetary magnetic field rotation”。武汉大学2025届博士生林仁桐（现为中国科学技术大学博士后）为论文第一作者，黄狮勇为通讯作者，中国科学技术大学博士后周静宜完成模拟部分。袁志刚和中国科学技术大学教授汪毓明对该研究作出了重要贡献。

火星没有像地球一样强大的全球磁场。太阳风可以直接作用于火星高层大气和电离层，并在火星周围诱导形成一层特殊的“感应磁层”。这层结构如同火星的“隐形磁盾”，影响太阳风能量进入火星空间环境的方式，也与火星大气逃逸密切相关。但这面“磁盾”到底有多灵敏一直都是悬而未决的问题。过去，由于缺乏多颗探测器同步观测，科学家很难同时捕捉上游太阳风变化和火星近空环境响应。随着我国“天问一号”的升空，可与MAVEN卫星进行联合观测，从而打破了这一限制：前者监测火星上游太阳风和行星际磁场，后者深入火星近空区域，探测磁场、电子、质子和氧离子等变化。

火星感应磁层磁场对行星际磁场旋转的响应

研究团队观测到，当“天问一号”在上游太阳风中记录到行星际磁场突然旋转时，MAVEN正位于火星感应磁层内，并随后观测到感应磁层磁场方向发生相应调整（图1）。结合三维混合数值模拟和火星磁场经验模型，研究团队确认这一变化由上游行星际磁场旋转驱动。该事件为火星感应磁层磁场调整给出了约165秒的观测下限，说明火星磁层可在短短几分钟内响应外部扰动。

火星氧离子羽流对行星际磁场旋转的响应

另一项关键证据来自火星氧离子羽流（图2）。火星高层大气中的氧离子可被太阳风电场“拾取”并加速逃逸，形成氧离子羽流。当行星际磁场方向改变时，太阳风对流电场方向也会改变，氧离子羽流也随之转向。观测显示，磁场旋转后约168秒，MAVEN观测到典型拾取氧离子，说明火星大气离子逃逸通道也能在几分钟内被太阳风磁场重新“指挥”。这项研究直接观测到火星空间环境中的快速响应过程。行星际磁场方向变化不仅是太阳风中的参数变化，更可能触发火星磁场结构、对流电场和离子逃逸过程的整体调整。因此，它应被视为火星空间天气的一种重要形式。这一发现也提示未来火星探测：若缺少对上游太阳风和行星际磁场的同步监测，就可能误判火星磁层和离子逃逸的真实状态。开展火星空间天气监测和短期预报，将为理解火星大气演化和保障未来深空探测提供重要支撑。

该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金等项目的联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76861-1