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近日，由山东大学空间科学研究院、山东大学(威海)空间科学与物理学院史全岐教授和北京大学地球与空间科学学院宗秋刚教授联合领导的空间物理国际研究团队，利用多个航天器的观测数据，在地球磁层高纬区域发现了太阳风入侵地球的新窗口。2月12日，此项研究成果发表于英国在线科学期刊《自然-通讯》(Nature Communications)。

据悉，太阳不仅照亮了太阳系，还时时刻刻向四面八方喷射出高速运动的荷电粒子。这些名为“太阳风”的等离子体物质流携带着巨大的能量冲击着行星的大气层，并试图通过多种途径入侵行星。地球是具有全球性磁场的行星，可有效的阻挡大多数来自于太阳风的荷电粒子。在近地空间由地球磁场所控制的区域被称为磁层，它是使地球生命得以保护以及空间飞行器免受损伤的最重要屏障之一。但在某些情况下，少数太阳风带电粒子仍可侵入地球磁层，而且在一定条件下，这些粒子可以被加速，并参与到磁层、电离层和高层大气中的许多爆发性的物理过程（如磁暴、磁层亚暴、极光等），这些空间天气过程可给卫星、通信网络、电力设施和航天系统造成很大危害，甚至威胁太空中宇航员的生命健康。因此，研究太阳风粒子如何侵入地球磁层是空间物理和空间天气领域中最重要的课题之一。

一些已探明的入侵窗口主要发生于地球磁场活动较为活跃的时期，而在地球磁场活动相对平静的时候，空间物理学家们一直不太确定这种窗口处于何处以及以何种方式开放。太阳风本身携带着源于太阳的磁场，称作行星际磁场，它是控制太阳风粒子进入量的一个重要开关。当行星际磁场呈南向时，一般认为太阳风等离子体可以通过磁场重联过程进入了低纬区域。尽管之前有研究表明在行星际磁场北向期间（在此期间地球磁场一般是较为平静的），可能会有更多的等离子体进入磁层形成了相对厚的低纬边界层和更加稠密的等离子体片，但在这些条件下太阳风进入磁层的主要机制（以及穿越磁层顶的位置等问题）并不清楚，仍存在较多争议。对于进入磁层的太阳风等离子体是否是由于高纬磁重联、脉冲穿透，抑或来自低纬发生的不稳定性或者梯度漂移形成，现在仍无定论。

此外，人们对于中高度极隙区（cusp）之后的磁层高纬区域的性质了解甚少，部分原因是由于缺乏覆盖此区域的空间探测任务。人们已经知道的是，磁层的尾瓣(lobe)占据了高纬区域的磁尾大部分体积，是储存磁能的区域，仅有少数来自电离层的稀薄的低能离子。虽然以前的观测和数值模拟已经推断其中的等离子体可能来自于磁层以外的区域，如磁鞘中被压缩的太阳风可能会进入高纬尾瓣区域，但几乎没有关于这些等离子体进入的直接观测，部分原因是这些区域缺乏局地的探测，这很大的限制了我们认知这个区域的能力。而具备四颗卫星的欧空局Cluster项目具有独特的优势，它既有覆盖这个区域的轨道，又有一套前所未有的多点卫星探测系统。利用Cluster卫星数据，科学家们在地球磁层高纬区域发现了几个新的且意想不到的太阳风进入区域，即如图所示，位于地磁活动平静期间极隙区尾向的尾瓣区域。通过多个观测证据以及全球的磁流体力学（MHD）的数值模拟，科学家们讨论了几种太阳风粒子注入磁层的可能机制，最后认定这些区域最有可能由高纬磁层顶发生的磁重联产生。研究还发现，在地磁活动平静期间，这些区域的出现率足够的高，说明它们可能主导了等离子体进入地球磁层的过程。