中国科大揭示金星磁尾磁场重联的触发机制

  近日，我院雷久侯教授、党童副教授团队在金星磁尾磁场重联研究中取得重要进展。研究团队依托自主开发的三维高分辨磁流体力学模式，首次揭示了行星际激波触发金星磁尾磁场重联的物理机制，为理解非磁化行星空间环境变化及大气演化提供了新的视角。相关成果以“Shock-induced magnetic reconnection in the Venusian magnetotail”为题，发表于国际综合学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上，并入选编辑亮点论文（Editors’ Highlights）。

磁场重联是空间等离子体环境中的关键能量转换过程，可将磁能快速转化为粒子动能与热能，并深刻影响磁场结构演化、粒子加速以及行星大气逃逸。对于金星等非磁化行星，太阳风直接塑造其周围的诱导磁层，而磁场重联是导致其空间环境重构和离子逃逸的基本物理过程之一，并对大气长期演化产生重要影响。目前已有航天器观测证实金星磁尾存在磁场重联，但受探测数据限制，其触发条件与物理机制长期未能明确，成为认识非磁化行星对太阳风响应机理的关键科学问题。

针对这一问题，研究团队利用自主开发的三维高分辨磁流体力学模式，首次在全球模型中自洽复现了金星磁尾重联，并系统刻画了行星际激波传播、磁尾压缩和重联触发的全过程。结果显示，重联区位于金星夜侧下游约1.72个金星半径处，并形成了典型的磁通量绳和向尾部传播的重联磁力线。为确保结果的可靠性，研究团队综合磁场反转、磁通量绳拓扑、电流片变薄及电流极值等多项重联判据，交叉验证并最终确认了重联过程的发生与演化。

图1：金星磁尾重联的三维磁拓扑及重联前后演化。

研究结果进一步显示，在稳态太阳风条件下，金星磁尾中虽已存在由行星际磁场绕流形成的反向平行磁力线，但由于压缩不足，模拟中未出现自发磁重联；激波到达后，太阳风动压迅速增强，磁尾两侧的绕流磁力线向中心区域汇聚，电流片随之变薄、磁剪切增强，最终触发磁场重联。分析表明，重联出流区的氧离子获得尾向加速，从而开辟了额外的离子逃逸通道。长时间尺度下，该过程不仅可以重塑空间磁场的拓扑结构，更能深刻影响行星大气的长期逃逸与宜居性演化。

图2：行星际激波触发金星磁尾重联的物理过程示意图。

该研究提出了行星际激波驱动金星磁尾重联的物理机制，将此前主要适用于地球、水星等磁化行星的激波驱动磁重联理论，拓展至金星等非磁化行星环境。这种机制上的统一性表明，激波驱动磁场重联的过程可能广泛存在于岩石行星乃至系外行星之中，对于理解行星空间环境演化和大气长期逃逸过程具有重要意义。同时，研究团队成功模拟出金星磁尾磁场重联的精细特征，展示了自主高精度模型刻画复杂太阳风—类地行星相互作用过程的能力，也为后续研究无内禀磁场行星的空间环境提供了工具支撑。

论文第一作者为我院博士生张萌，党童副教授和雷久侯教授为论文通讯作者。合作者包括香港大学的张彬铮教授、陈俊杰助理教授，哈尔滨工业大学（深圳）的张铁龙教授、肖苏东副教授以及中国科学技术大学的王荣生教授、晏茂东博士。该研究得到了国家自然科学基金、香港研究资助局等项目的支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-73194-x