簡介

發(fā)生于地球磁層的強(qiáng)烈擾動(dòng)。簡稱亞暴。持續(xù)時(shí)間為1～2小時(shí)。亞暴(substorm)是地球空間最重要的能量輸入、耦合和耗散過程，主要表現(xiàn)在高緯度地區(qū)的一種地磁擾動(dòng)現(xiàn)象。

主要擾動(dòng)區(qū)域包括整個(gè)磁尾、等離子體片和極光帶附近的電離層。1961年，赤祖父俊一和S.查普曼把磁暴主相分解為環(huán)電流磁場和極區(qū)擾動(dòng)磁場。極區(qū)擾動(dòng)磁場的持續(xù)一般為1～2小時(shí)，比磁暴的持續(xù)時(shí)間短得多，故又稱極區(qū)擾動(dòng)磁場亞暴，也稱地磁亞暴；因?yàn)闃O光活動(dòng)時(shí)間和地磁亞暴一致，故極光活動(dòng)又稱極光亞暴。

1968年，赤祖父俊一把它們統(tǒng)稱為磁層亞暴，因?yàn)樗鼈兌际谴艑訑_動(dòng)的表現(xiàn)。

亞暴起始時(shí)，平靜光弧突然增亮，增亮區(qū)擴(kuò)大，這就是極光亞暴。亞暴是南北半球共軛的，共軛點(diǎn)上有相同現(xiàn)象，共軛點(diǎn)是指同一條磁力線截于南北半球地面的兩點(diǎn)。亞暴是磁尾的一種激烈而頻繁的運(yùn)動(dòng)形式，磁擾日里幾乎每天都發(fā)生數(shù)次。亞暴常成串出現(xiàn)，時(shí)間間隔無規(guī)律，有時(shí)第一次尚未結(jié)束，第二次接踵而來，這稱為疊發(fā)亞暴。每一次爆發(fā)來不及構(gòu)成完整的膨脹相，而只是一次接一次的極光增亮。亞暴的發(fā)生與行星際磁場和太陽風(fēng)狀態(tài)有密切關(guān)系，一般當(dāng)行星際磁場持續(xù)一段時(shí)間偏南之后，就會(huì)發(fā)生一連串亞暴。磁層亞暴時(shí)，可能造成高緯度地區(qū)無線電通訊中斷，地球同步軌道上的衛(wèi)星充電等效應(yīng)。因此，對(duì)磁層亞暴的研究具有實(shí)際意義。

提出及發(fā)展

地球磁層擾動(dòng)的一種表現(xiàn)。這個(gè)概念是1968年提出的。這種擾動(dòng)在其發(fā)展過程中會(huì)隨時(shí)間、空間而發(fā)生一系列變化，尤其是在極區(qū)的反應(yīng)最為激烈。磁層亞暴的典型物理過程，首先是從行星際磁場方向反轉(zhuǎn)開始的。觀測表明，不少亞暴發(fā)生在行星際磁場方向由北向南反轉(zhuǎn)以后。由于向南的行星際磁場和地磁場相互耦合，引起磁力線的重聯(lián)，從而使磁尾中磁場強(qiáng)度增加，積累起大量的磁能；接著，由于磁力線重聯(lián)，磁流體發(fā)電機(jī)作用加強(qiáng)，橫越磁尾的電場和電流也增強(qiáng)。在將近一小時(shí)內(nèi),磁尾的等離子體便開始向地球方向運(yùn)動(dòng)。這時(shí),“極光卵”赤道的側(cè)邊緣處極光突然增亮，并開始向極區(qū)移動(dòng)，這就開始出現(xiàn)極光亞暴。與此同時(shí)，整個(gè)磁尾的等離子體片的厚度開始變薄。伴隨亞暴發(fā)生的另一個(gè)過程是等離子體由磁尾向捕獲區(qū)注入，這種注入是外輻射帶電子的主要來源之一，也是極光帶電波吸收增強(qiáng)的基本原因。當(dāng)磁尾中的磁能積蓄到一定程度后，磁尾的磁力線由于某種不穩(wěn)定性,便會(huì)發(fā)生重聯(lián),形成X型中性線(見電流片)。中性線以外的等離子體以每秒300公里的速度向外運(yùn)動(dòng)。毫無疑問，在出現(xiàn)亞暴過程中，粒子的加速過程仍然是一個(gè)本質(zhì)的問題。觀測的結(jié)果迄今仍很不一致，還不可能對(duì)亞暴的物理機(jī)制作出明確的說明。從物理學(xué)上作出的可能判斷是，當(dāng)磁尾等離子體向著地球方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，為保持粒子磁矩守恒或縱向不變量守恒，電子回旋加速機(jī)制和費(fèi)密加速機(jī)制均可能起重要作用，而在亞暴開始時(shí)刻，橫越磁尾的橫向電場加速也是極為重要的。關(guān)于磁層亞暴的機(jī)制，目前的看法并不完全一致。有人認(rèn)為行星際磁場由北轉(zhuǎn)向南是亞暴發(fā)生的原因。但是也有人不同意這種觀點(diǎn)，認(rèn)為這種方向的改變只能控制亞暴出現(xiàn)的強(qiáng)度和緯度，對(duì)亞暴的觸發(fā)和能量的釋放不會(huì)有明顯的影響。這些問題的解決有待于建立亞暴事件全過程的正確時(shí)間序列，以及對(duì)亞暴的形態(tài)建立一個(gè)正確的物理圖像。磁層亞暴對(duì)人類的活動(dòng)有很大影響。它可以影響高緯度地區(qū)的通訊，可以在長距離電纜和跨海洋的電纜中誘發(fā)感應(yīng)電流，也可引起同步衛(wèi)星發(fā)生強(qiáng)烈真空放電和高壓電?。ㄓ袝r(shí)甚至?xí)?dǎo)致一顆衛(wèi)星的完全損壞），因而對(duì)磁層亞暴的研究有重要的實(shí)際意義。

亞暴過程

亞暴過程可分為三個(gè)階段：增長相、膨脹相和恢復(fù)相。亞暴期間，整個(gè)高緯度地區(qū)，特別是極光帶，磁場同時(shí)發(fā)生劇烈擾動(dòng)。亞暴典型的發(fā)生頻率是每天4-5次，每次持續(xù)的典型時(shí)間為2-3小時(shí)。在地磁活動(dòng)高年，亞暴發(fā)生非常頻繁，即使在活動(dòng)低年，亞暴也經(jīng)常發(fā)生。

膨脹相的協(xié)同性模型

用一元磁流體力學(xué)廣義行波展開法進(jìn)一步研究了近磁尾內(nèi)邊界的位型不穩(wěn)定性。將筆者以前關(guān)于近磁尾赤道面附近的漂移氣球模不穩(wěn)定性工作推廣到非赤道區(qū)和存在非定常地向流的情形。論證了減切地向流將導(dǎo)致近磁尾內(nèi)邊界絕對(duì)不穩(wěn)定，并使增長率顯著增加。研究表明在亞暴電流楔的形成過程中，中磁尾磁重聯(lián)和近磁尾位型不穩(wěn)定性可能協(xié)同地起著重要作用。在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)磁層亞暴膨脹相的中性線一電流中斷協(xié)同模型。該模型能解釋衛(wèi)星和地面的許多亞暴觀測結(jié)果。不同的亞暴可能有不同的觸發(fā)過程。

亞暴和磁暴的聯(lián)系與區(qū)別

亞暴和磁暴既有聯(lián)系又有區(qū)別。亞暴與磁暴都是劇烈的磁擾變化，幾乎所有的磁暴中都包含亞暴，但是亞暴可以在沒有磁暴的情況下發(fā)生。