实验室曹晋滨院士和符慧山教授在木星空间环境领域取得重要突破
近日，实验室曹晋滨院士和符慧山教授首次在木星磁层内发现了“擀面杖”状的电子投掷角分布，并建立模型定量解释了这种分布的形成机制。该研究成果以“First observation of electron rolling-pin distribution in Jupiter’s magnetosphere”为题发表于空间物理学著名期刊Geophysical Research Letters上。曹晋滨院士和符慧山教授为论文主要作者，硕士生王超奇为第一作者。北航空间与环境学院王哲副教授，中国科学院地质与地球物理研究所魏勇研究员、尧中华研究员，香港大学张彬铮教授共同参与完成了此项工作。
木星是太阳系中体积最大、形成时间最早的行星。木星的磁层范围大、粒子成分复杂，为研究木星的空间环境、物质能量传输过程、以及木星卫星的宜居性条件提供了理想场所，为研究太阳系的早期形成和演化过程提供了关键信息。迄今为止，“擀面杖”状的电子投掷角分布尚未在木星空间中被发现。由于这种分布蕴含了木星的磁场信息、电子加速信息和能量转换信息，是了解木星空间环境的重要窗口，因此一直以来都是科学家想要解决的关键科学问题。
在此项工作中，曹晋滨、符慧山和合作者基于Juno卫星的探测数据，首次在木星的空间环境中发现了这一分布，并发现这种分布所呈现的电子通量主要出现在0°、90°和180°投掷角上(如图1所示)。他们对电子分布函数进行拟合分析，发现在木星磁层中仅有超热能段的电子呈现出擀面杖分布，这与先前在地球磁层中的观测吻合，意味着这一物理过程在太阳系天体中具有普适性。同时，他们建立物理模型成功复现所观测到的现象。基于物理模型，他们认为在木星磁层的“偶极化锋面”后面存在全球性的费米加速和局地的回旋加速(如图2所示)。这两种加速机制联合起来造就了这一有趣的分布特征。
这一成果清楚地揭示了木星空间环境中复杂的磁场结构特征和高效的粒子加速过程，对我国“天问四号”木星探测计划的科学目标设定、卫星轨道规划、仪器载荷研制、科学任务分解等有重要参考意义。
地球物理研究快报(Geophysical Research Letters)是空间物理学领域的著名期刊，为“自然指数”期刊，由美国地球物理学会(AGU)于1974年创办，主要发表空间物理学、固体地球物理学、大气科学、气候学、海洋学、水文与地表、冰冻圈等领域的最新研究成果。
此项研究获得了国家自然科学基金创新群体项目和杰出青年科学基金的支持。