太陽風是來自太陽的帶電粒子流。持續不斷地壓縮地球磁場的磁力線而形成的空間稱為地球磁層。磁層頂為磁層的外邊界，向陽側呈一橢球面，背陽側是向外略張開的圓筒形。該圓筒圍成的空腔稱為磁尾。在日地連心線向陽的一側，磁層頂距地心約為10個地球半徑。太陽風的物質和能量如何進入地球磁層？如何驅動磁層中等離子體的對流運動？磁層中的能量如何輸運、存儲和耗散？這一系列問題是太陽風-磁層耦合的前沿科學問題，對于探討磁層空間基本物理過程和空間天氣預報具有重要的科學價值和應用價值。
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研究員戴磊、中國科學院院士王赤以及國際團隊成員，提出了日側磁重聯直接驅動磁層大尺寸對流的新模式。1月20日，相關研究成果在線發表在《自然-通訊》（Nature?Communications）上。
等離子體物質的全球尺度對流是行星（地球）磁層的基本特征。自20世紀60年代磁層大尺度對流循環的經典模式提出以來，一直是太陽風-磁層耦合的基本物理圖像，在地球空間能量爆發事件（如磁暴、亞暴）等空間天氣現象中發揮著關鍵作用。然而，這一經典對流循環模型預言了等離子體對流周期一般在小時量級，而在解釋10到20分鐘的快速響應對流事件時遇到困難。該研究剖析了磁層對2016年3月11日太陽風的響應，揭示了日側磁重聯直接驅動雙胞對流模式的新圖像。研究通過數值模擬和觀測數據分析發現，日側磁重聯通過激發1區和2區場向電流直接驅動磁層內的向日對流，且對流增強在10-20分鐘內從日側逐漸擴展到夜側。這一過程在行星際磁場從北轉南后幾乎是即時發生的，且夜側磁重聯在這一時段未影響對流模式。而在磁層經典對流循環模型中，日側磁重聯和夜側磁重聯兩個驅動必須聯合運作。
該研究發現日側磁重聯和夜側磁重聯可以相互獨立地驅動磁層大尺度對流，提出了經典對流循環模型外的新物理圖像，支持了現代的擴展/收縮極蓋模型和直驅亞暴模型的預期。該工作強調了大尺度場向電流和等離子體對流在太陽風-磁層耦合中的關鍵作用。該團隊提出的新物理圖像，有望在未來中歐聯合空間科學衛星項目“微笑計劃”（SMILE）任務中得到進一步檢驗。
研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院空間科學先導專項二期等的支持。
日側驅動的磁層對流的示意圖