山东大学威海前沿交叉科学研究院科学智能团队发文揭示等离子体层顶表面波驱动巨型极光波动物理机制

威海前沿交叉科学研究院科学智能研究团队在空间物理领域顶级期刊Geophysical Research Letters发表题为“Giant Undulations Driven by Pitch-Angle Scattering of Time Domain Structures Modulated by Plasmapause Surface Wave”的研究成果，揭示了等离子体层顶表面波(PSWs)驱动巨型极光波动(GUs)的物理机制。该论文的第一作者为山东大学卓优博士后周一甲，威海前沿交叉科学研究院教授刘健、空间科学与技术学院教授史全岐为论文重要合作者。山东大学为论文第一完成单位。

研究团队通过对中等地磁暴期间的磁层-电离层共轭观测数据进行分析，发现巨型极光波动是由能量低于1 keV的热电子、热离子以及几十 keV的高能离子通过投掷角散射沉降直接激发的，散射电子和离子在一个表面波周期内的通量和能量决定了巨型极光的尺度和亮度。研究进一步表明，这种周期性的电子散射沉降是由等离子体层顶表面波调制的周期性时域结构所引起。

简而言之，昏侧等离子体层顶表面波通过调制时域结构的强度，周期性地散射和沉降粒子，最终在电离层中形成巨型极光波动。这一物理机制与以往研究预测明显不同，揭示了等离子体层顶表面波-巨型极光现象背后复杂的物理过程。该研究为连接等离子体层顶表面波和电离层巨型极光波动构建了物理机制桥梁，凸显了等离子体层顶表面波在磁层-电离层耦合及空间天气中的关键角色。

本研究获得国家自然科学基金项目(42222408, 42441809)、中国科技部重点研发计划(2021YFA0718600)和中科院青促进(Y2021027)的联合资助。