趙勇等-GL：彗星 “點亮”全球極光

彗星令人驚歎的彗尾對人類來說是有趣的天文現象，除了帶給我們震撼的視覺享受，明亮的彗尾還向行星際空間發射大量物質，包括塵埃和帶電粒子。帶電粒子被太陽風拾取，可以與太陽風一起注入行星空間環境。彗星物質被認為可以直接驅動地球空間的磁暴，1910年哈雷彗星迴歸的時候，地球表面發生全球磁場擾動（Russell et al。， 1988），這為彗星如何影響地球空間和表面電磁環境提供了重要線索。彗星物質如何與太陽風融合共同驅動地球環境的機理卻並不清楚，對彗星物質、行星空間和地面環境進行監測是深化彗星影響空間環境過程研究的關鍵，但這樣的監測迄今為止依然非常有限。

73P/Schwassmann–Wachmann 3是一顆短週期的木星族彗星，軌道週期為5。4年，由Arnold Schwassmann 和 Arno Wachmann於1930年共同發現。1995年，彗星開始分裂成5塊碎片。在其返回近日點期間，經歷了多次爆發，並分裂成許多碎片。透過望遠鏡對73P/Schwassmann-Wachmann 3彗星進行光譜觀測，發現了此彗星具有典型的OI原子發射線（圖1）。

圖1 （a）73P/Schwassmann–Wachmann 3去除天光背景的光譜成像；（b）73P/Schwassmann-Wachmann 3光譜與HD 197076恆星光譜比值；（c）Spitzer太空望遠鏡拍攝的彗星影象

位於日地拉格朗日L1點的ACE/SWICS衛星在 2006年5月23日至6月17日觀測到了顯著的O

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通量，並且基於位置資訊可以確認O

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來自於73P/Schwassmann–Wachmann 3。日地L1位於日地連線上，因此該位置的太陽風被認為可以直接吹到地球上游。相比1910年的哈雷彗星迴歸時代只有數個地面臺站的觀測資料可分析，2006年彗星73P期間的觀測資料非常豐富，包括了太陽風粒子和磁場、大量的地面磁場臺站和極光臺站，以及繞地球低軌道飛行的光學相機和粒子探測。中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室趙勇博士後，與合作導師堯中華、魏勇等，透過分析太陽風、地球低軌道以及地面臺站資料，揭示了彗星物質對地球空間環境的影響。

圖2顯示了2006年5月23日至6月17日期間AE指數、DST指數、太陽風O

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通量及兩次明顯的極光增強事件。DST是有地球中低緯度區域的磁場臺站資料推導的磁場擾動，反映的是全球磁場爆。而AE指數反應地球高緯度的磁場擾動，直接反映極光電流的強度。可以清晰地看到太陽風O

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通量在5月29日和6月5日分別出現明顯增強。與之對應的是DST和AE指數出現明顯擾動，DMSP衛星觀測到的極光也出現明顯的增強特性。

圖2 2006年5月23日至6月17日期間AE指數、DST指數、O+流量及兩次明顯的極光增強事件

完整的觀測鏈條凸顯了彗星物質對行星空間環境的關鍵影響：利用光譜和成像觀測確認了氧原子，並且在預期的位置上透過ACE衛星監測到了被電離之後的氧離子通量增加，隨即伴隨氧離子通量增加的太陽風抵達地球，利用地面臺站觀測到了全球磁場擾動且低軌道DMSP衛星拍攝到顯著的極光增強。

該研究直接證實了Russell et al。（1988）提出來的彗星會導致地球磁暴的觀點，但關於彗星物質在太陽風中如何彙集且如何量化地影響行星空間環境，還需要進一步的觀測和數值模擬綜合研究，這也是他們下一步的研究計劃。

研究成果發表於國際學術期刊

Geoscience Letters

（趙勇，閆麗梅，堯中華

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，魏勇

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，郭瑞龍，賴海容，張彬錚。 Auroral responses to the visit of comet 73P/Schwassmann–Wachmann 3 in 2006 ［J］。

Geoscience Letters

，

2022。 DOI：

10。1186/s40562-022-00245-8

）。研究成果得到國家自然科學基金專案（42074211）、中科院地質與地球物理研究所重點部署專案（IGGCAS-201904）和中科院青年創新促進會優秀會員（No。 Y2021064）聯合資助。

美編：傅士旭

校對：萬鵬