無碰撞激波是空間物理、天文物理和等離子體物理中一種常見而又基本的物理現象。激波與重聯和湍動一起，在國際上被認為是實現磁結構跨尺度演化、等離子體能量轉化耗散、高能粒子加速加熱的三大機制。激波在日球層中普遍存在，例如太陽爆發伴隨的日冕波、日冕物質拋射物(CME)驅動激波、地球、火星、木星等行星的弓激波、旅行者號發現的拾起離子媒介下的日球層終止激波，以及有待太陽系邊際探測工程等未來深空任務探明的日球層弓激波/弓形波。天文中的激波更是遍布宇宙，例如超新星爆發殘留/遺跡激波、黑洞噴流驅動激波等。激波對天體和生命的形成和演化具有重要意義，因此在空間和天文領域都引起了廣泛興趣。

最近，中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣重點實驗室王赤院士團隊的楊忠煒副研究員、郭孝城研究員、孫天然研究員、唐斌斌研究員與國內外合作者一起對準徑向太陽風磁場條件下的磁層頂非穩態演化及軟X射線成像特性進行了研究。研究揭示了弓激波尤其是準平行激波下游形成的高速流(high speed jets)可沖擊磁層頂形成地球半徑尺度、持續時間從秒到分鐘量級的凹凸形變。太陽風-磁層相互作用全景成像衛星任務(SMILE)的寬視場軟X射線成像儀將對這類太陽風—磁層耦合新過程開展首次成像。

地球弓激波在理論模型和磁流體模擬中是教科書式的平整曲面，當考慮粒子動理學效應后，一部分太陽風粒子被弓激波反射并與入流太陽風發生相互作用形成前兆激波(foreshock)。前兆激波富含低頻波動，裹挾著低頻波的太陽風將弓激波打成孔塞狀(圖1a)，整個弓激波表面呈現出漣漪和波紋等非穩態特性——“如同平靜的湖面遭遇一場冰雹泛起洶涌波濤”。因此準平行激波下游一些沒有得到充分減速的等離子體在越過弓激波后形成了磁鞘區的高速流瞬態結構。科研人員通過全球混合模擬發現，這些高速流可增強當地的軟X射線強度，并改變磁層頂拓撲形態(圖1b)。這些高速流能影響日側極光，被認為是具有地球物理影響(geoeffective)的過程之一，是太陽風—磁層相互作用新的研究熱點。SMILE團隊的Jenny Carter在“the Royal Society in London at a Space Lates event”公眾會上展示和宣傳了本團隊的模擬工作，SMILE歐方PI Graziella Branduardi-Raymont來信對中方SMILE科學團隊的MHD和Hybrid模擬工作給予了高度評價。

目前，該研究成果已在線發表于Earth and Planetary Physics的SMILE專欄(https://doi.org/10.26464/epp2023059)上。

圖1：全球混合模擬中(a)地球弓激波的孔塞狀和(b)磁層頂形變特性，SMILE衛星軟X射線強度在模擬中的三維分布