行星际磁场对金星弓激波位形的影响

Planetary bow shocks are the outmost boundaries where the planets interact with solar wind. The sizes and shapes of the planetary bow shocks influence the transport of mass, momentum and energy between the solar wind and the planetary space environment. Numerous in-situ observations indicate that the present models and theories are insufficient to describe the interplanetary magnetic field (IMF) control of the locations of planetary bow shocks. The Venus-like bow shock is defined as a bow shock that forms in front of a planet that has no intrinsic magnetic field, and the IMF influence is easier to be discerned from Venusian bow shock. This project will investigate the IMF control of the location of Venusian bow shock using the Venus Express (VEX) data and a three-dimensional global hybrid code. First, statistical analyses of the data set of about 3000 bow shock crossings will be carried out to construct a model of Venusian bow shock and extract the effects of the magnitude and orientation of the IMF on the size and asymmetries of Venusian bow shock. Then, the hybrid code will be used to simulate the observed phenomena and quantitatively analyze the mechanisms for the IMF control of the location of Venusian bow shock. Finally, we will try to find out the physical reason for the general perpendicular-parallel asymmetries in the locations of planetary bow shocks.

行星弓激波是行星空间环境与太阳风相互作用区域的最外层边界，其大小和形状能够影响行星空间系统与太阳风之间的物质、动量和能量的传输。大量的卫星观测数据显示，现有的各种弓激波模型和理论在描述和解释行星际磁场（IMF）对行星弓激波位形的控制机制时都遇到了瓶颈。金星弓激波代表了弱磁行星与太阳风相互作用形成的弓激波类型，其位形能更明显的体现出IMF的控制效应。本项目拟利用“金星快车”的观测数据和三维全球混杂模拟程序，研究IMF对金星弓激波位形的控制作用和物理机制。首先通过对3000多个卫星穿越弓激波事件进行统计分析，构建金星弓激波模型，提取IMF的方向和强度对金星弓激波的大小和不对称性的影响。然后利用混杂程序模拟卫星观测到的现象，通过对模拟结果进行定量地分析和论证，揭示IMF控制金星弓激波位形的主要机制。最后，尝试找出普遍存在于行星弓激波位形的垂直—平行不对称的物理原因。

行星弓激波是行星空间环境与太阳风相互作用时形成的最外层边界，其位形结构影响行星空间系统与太阳风之间的物质、动量和能量传输。然而，现有的弓激波模型在描述和理解行星际磁场对行星弓激波位形的控制作用时遇到了瓶颈。金星弓激波位形由于没有偶极磁层的干扰，更能体现行星际磁场的控制效应。本项目深入研究了行星际磁场对金星弓激波位形的影响，获得了重要进展和成果。主要包括：申请人基于对金星快车观测数据的统计分析，构建了一个金星弓激波模型；发现了在太阳极小年，与太阳风动压、速度和太阳极紫外辐射相比，行星际磁场强度对金星弓激波大小的影响最明显；发现了行星际磁场平行分量强度与金星弓激波大小的线性关系，揭示了行星际磁场方向影响行星弓激波位形的机制。申请人利用金星快车的轨道优势，研究了不同太阳天顶角下金星弓激波的各种不对称性特性，并通过金星弓激波的磁南北不对称性，证明了即使在太阳极小年金星向阳面的粒子逃逸也很重要。申请人还在金星上，发现并命名了一种全球性环形感应磁场，为在金星北极频繁观测到的大尺度晨向磁场提供了很好的解释。在本项目的资助下，申请人已在本领域国际期刊发表了4篇SCI论文。本项目的研究成果证实了我们提出的行星际磁场对行星弓激波位形有重要影响的猜想，为构建和预测行星弓激波的位形结构提供了重要信息，对深入理解行星际磁场控制行星弓激波位形的物理机制具有重要意义。