图 环电流超热等离子体成分总能量的长周期变化

　　在国家自然科学基金项目（批准号：42274200）资助下，北京大学乐超研究员团队通过对卡西尼号(Cassini)探测卫星的能量中性原子成像数据进行了长期的研究分析，发现了土星环电流强度和峰值位置存在11年长期变化特征。相关结果以“能量中性原子成像揭示土星环电流11年周期（Energetic neutral atom imaging reveals nearly 11-year cycle of the ring current of Saturn）”为题，于2024年12月5日在线发表在《自然·通讯》(Nature Communications)。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55037-9。

　　环电流是行星磁层电流系统的重要组成部分，是由离子和电子朝相反方向的漂移运动形成的，通常存在于具有内禀磁场的行星周围。现有研究表明增强的环电流不仅会导致磁暴活动期间的地磁场强度减弱，而且在全球磁层-电离层耦合中起着至关重要的作用。与此同时，研究发现太阳系气态巨行星（土星和木星）的快速自转和丰富的内源等离子体同样可以产生磁层环电流。但是，由于有限的卫星探测，对这类行星的环电流长期动态变化的全局研究非常困难。

　　针对这一问题，该研究团队基于卡西尼号卫星2004-2016年的土星环绕轨道观测，研究分析了其在高纬度轨道时期的能量中性原子(ENA)的遥测成像数据，赤道平面投影结果显示土星环电流超热等离子体的地方时分布和总能量存在周期约为11年的变化。进一步与太阳活动（黑子数）对比分析，发现环电流活动变化与太阳活动周期呈现明显的相关性，在太阳活动峰年环电流强度弱，峰值位置偏向午夜前，在太阳活动低年则相反。据此，研究团队分析了太阳活动调制土星磁层等离子体加速与输运过程。一方面，太阳风压缩土星磁层，影响磁尾重联和等离子体注入过程，引起环电流地方时分布不对称；另一方面，太阳辐射可以调制环电流超热等离子体的加热过程。

　　本研究为土星磁层研究开辟了新的视角，也为其他气态行星（木星、天王星和海王星等）的相关研究提供了借鉴。