紫金山天文臺(tái)揭示月球空間等離子體湍流特征

　　2016年1月1日，The Astrophysical Journal Letters (《天體物理學(xué)快報(bào)》)在線發(fā)表了中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)副研究員羅慶宇與博士楊磊等對(duì)月球鄰近空間等離子體湍流的最新研究結(jié)果。該研究通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)的觀測分析，獲得了月球鄰近的太陽風(fēng)磁場湍流的全局性分布特征，揭示出月球和太陽風(fēng)相互作用的基本物理現(xiàn)象。

　　月球表面由于沒有類似地球的磁場和大氣層的保護(hù)，持續(xù)受到太陽風(fēng)粒子的轟擊和日光直接輻照。月球日面對(duì)入射太陽風(fēng)粒子的吸收作用在陰面后方形成了等離子體空腔和尾流結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的觀測結(jié)果表明該空腔的等離子體密度比鄰近太陽風(fēng)要低1個(gè)量級(jí)以上，尾流等離子體溫度也存在顯著的各向異性。這些非平衡態(tài)的等離子體中存在多種特殊的不穩(wěn)定性，如靜電不穩(wěn)定性等。

　　另外，在月球日面，少部分荷電粒子可能通過表面濺射過程，月表磁異常的反射作用，或是月球逃逸層中性粒子的光致電離及俘獲的過程，形成月源等離子體，并和太陽風(fēng)相互作用，造成局域等離子體的不穩(wěn)定激發(fā)。這些月表鄰近空間等離子體不穩(wěn)定性的激發(fā)，最終導(dǎo)致月球鄰表空間太陽風(fēng)湍流的強(qiáng)化。

　　紫金山天文臺(tái)行星科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用Artemis衛(wèi)星從2011年7月到2015年10月的磁場觀測高精度數(shù)據(jù)，通過結(jié)構(gòu)函數(shù)分析的方法，獲得了月球鄰近空間等離子體湍流的全局性分布，發(fā)現(xiàn)局域湍流強(qiáng)化和不穩(wěn)定性的密切相關(guān)性。這些結(jié)果可以用于深入研究月球和太陽風(fēng)相互作用的相關(guān)物理過程，也對(duì)空間等離子體湍流的基本物理研究有重要意義。

　　該項(xiàng)研究工作得到了中國科學(xué)院行星科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國科學(xué)院天文戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特殊研究基金等項(xiàng)目資助。

圖1. 月球鄰近磁場湍流標(biāo)度指數(shù)ξ分布 

圖2. 月球鄰表湍流分布特征