在過去六十年中，火星一直是人類空間探測和研究的重要目標，對火星內部、表面和大氣的研究有助于研究類地行星的演化歷史，并為研究地球的未來提供參考?；鹦菦]有全球性內稟磁場，太陽風可直接與火星電離層相互作用形成誘導磁層。誘導磁層的主要特征為磁場堆積，并形成類似于地球磁層頂的磁堆積邊界。研究火星磁場堆積特征以及磁堆積邊界結構，不僅有助于理解火星磁層形成原因、認識火星空間環境大尺度結構，也為研究太陽風粒子進入以及火星離子逃逸提供關鍵邊界層信息。此外，研究結果也可為我國“天問一號”軌道器探測方案的制定、探測數據的分析提供科學依據。
由于觀測數據有限，目前火星磁場堆積研究還有很多內容尚未完全清楚，比如：磁場堆積區域分布特征，太陽風參數的影響，及其與火星地殼磁場的相互作用等。最近，中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室謝良海副研究員、李磊研究員與南京信息工程大學的王明副教授、呂建永教授合作，利用先進的火星全球磁流體力學模型，通過引入磁場強度差值參數來表示火星空間磁堆積效應，研究了行星際磁場（IMF）和由不同密度和速度構成的太陽風動壓（Pd）對磁堆積的影響。發現：火星空間磁堆積主要發生在日側區域，其強度隨著太陽天頂角（SZA）的增加而減少。在強地殼磁場區域磁堆積較弱，而在弱地殼磁場區域則較強。垂直IMF分量By和Bz主導了磁堆積，而徑向IMF分量Bx影響很小。在強地殼磁場區域，當IMF和地殼磁場大致在同一方向時，磁場被堆積起來，且強度較強。當地殼磁場和IMF方向相反時，磁重聯的發生會削弱當地的磁堆積。該研究打破了人們對磁堆積邊界的傳統認識，為進一步探究火星磁場堆積的內在機制以及火星誘導磁層的形成原因提供了基礎。該項研究成果發表在The Astronomical Journal上。
圖1 火星空間磁場堆積特征
另外，基于上述火星磁堆積結果，借助該磁流體模型，王明、謝良海等人還構建了火星磁堆積邊界的三維參數化模型，厘清了太陽風動壓（Pd）、太陽風密度和速度以及行星際磁場（IMF）強度和方向對火星MPB的影響。該模型是國際上首個能夠全面反應太陽風參數影響的三維動態磁堆積邊界模型，與先前的經驗和理論模型相比，該模型結果顯示了較好的一致性和準確性，可為火星探測和研究提供更準確的弓激波位置數據。該項研究成果發表在Astronomy & Astrophysics上。
圖2 火星磁場堆積邊界三維參數化模型
上述工作得到了空間天氣學國家重點實驗室開放課題的資助。
Citation: M Wang, ZJ Guan, L Xie*, JY Lu*, et al. 2023, Three-dimensional MHD Simulations of the Magnetic Pileup at Mars, The Astronomical Journal, 166:179 (8pp), https://doi.org/10.3847/1538-3881/acf56f
Citation: M Wang, HY Sui, JY Lu*, L Xie*, et al. 2022, A 3D parametric Martian magnetic pileup boundary model with the effects of solar wind density, velocity, and IMF, Astronomy & Astrophysics, 664, A74. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202142885
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