高速太阳风流（High-speed Solar Wind Streams, HSSs）是驱动地球磁层长期扰动的重要太阳风结构，可引起外辐射带电子通量显著变化。在HSS作用期间，辐射带电子同时受到粒子输运、波粒相互作用以及损失过程的共同影响，其演化机制复杂。磁层对流既可以改变等离子体和高能电子的径向输运，也能够通过调制哨声模合声波活动影响电子加速。然而，磁层对流如何组织HSS期间等离子体层、合声波与不同能量辐射带电子的协同演化，仍缺乏系统的直接观测研究。
针对这一问题，中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气全国重点实验室王旭特别研究助理、戴磊研究员、杨晓超研究员等，利用范艾伦探测器2012—2019年的观测数据，对139个高速太阳风流事件开展统计分析。研究综合使用卫星直接测量的电场、电子通量以及波功率谱数据，系统考察了HSS期间太阳风速度变化、磁层对流、合声波活动、等离子体层顶位置及不同能量辐射带电子通量之间的耦合关系。
研究发现，磁层对流和合声波活动均随太阳风速度 (Vsw) 的变化呈现清晰的协同演化：随着太阳风速度升高，磁层对流增强、合声波振幅增大；当太阳风速度下降时，二者同步减弱。空间分布上，对流电场在等离子体层顶以内和以外均明显增强，而合声波增强则主要出现在等离子体层顶以外。与此同时，随着磁层对流增强，等离子体层受到更强侵蚀，等离子体层顶整体向内收缩。
不同能量电子对磁层对流表现出显著不同的响应。约0.2 MeV（226 keV）电子通量与磁层对流强度变化密切相关，并仅在中等和强对流条件下表现出明显的净增强；约1.1 MeV电子通量在强对流事件期间显著增加；而5.2 MeV超相对论电子则呈现较为典型的“先减小、后恢复或增强”演化特征。上述结果表明，不同能量电子对HSS驱动过程具有明显的能量依赖性。
研究进一步表明，磁层对流可能是联系HSS太阳风驱动、等离子体层重构、合声波增强以及辐射带电子响应的关键组织过程。结合已有理论认识，一种可能的物理图景是：增强的磁层对流将等离子体片中的热等离子体向近地空间输运，为外磁层合声波活动提供有利条件；与此同时，对流持续侵蚀冷等离子体层并使等离子体层顶向内移动，从而改变合声波可以有效活动的空间范围。增强的合声波随后可通过波粒相互作用进一步促进数百keV电子向更高能量加速，并影响MeV电子通量的后续演化。
该研究基于范艾伦探测器的直接观测，给出了磁层对流调制辐射带电子演化的统计证据，有助于深化对高速太阳风流期间地球辐射带动态过程的理解。
论文链接
Wang, X., Dai, L., Yang, X., Ren, Y., Zhu, M., Wang, T., et al. (2026). Response of outer radiation belt energetic electrons to magnetosphere convection driven by high-speed solar wind streams. Journal of Geophysical Research: Space Physics,131, e2026JA035101. https://doi.org/10.1029/2026JA035101
资助信息
研究得到国家自然科学基金（42425404、42527802、42188101、42404178、42204172）、国家重点研发计划（2025YFF0512100）、全国重点实验室专项经费、中国科学院空间科学先导专项（XDA15350201、XDA15052500）等项目资助。
图一 弱，中等和强对流事件期间(a1)-(a3)太阳风速度的演化，(b1)-(b3)等离子体层顶位置的演化，(c1)-(c3)对流电场强度的演化，(d1)-(d3)合声波强度的演化。
图二 弱，中等和强对流事件期间(a1)-(a3)226 keV电子通量的演化，(b1)-(b3)1078 keV电子通量的演化，(c1)-(c3)5.2 MeV电子通量的演化。