地球磁鞘湍流的演化：基于MMS观测的统计研究

地球磁鞘由受激波的太阳风组成，是研究湍流从低阿尔文马赫数$M_\mathrm{A}$向高$M_\mathrm{A}$转变的自然实验室。NASA的\textit{磁层多尺度}任务(MMS)以前所未有的高时间分辨率对磁场和等离子体矩进行同步观测，使我们能够在磁流体力学(MHD)和亚离子尺度上研究磁鞘湍流。基于2015/09至2019/06期间MMS-1的1841段突发模式数据，我们获得了磁鞘湍流空间演化的综合模式：(1)从日下区到侧翼，$M_\mathrm{A}$从$<1$增大到$>5$。在MHD尺度，磁场和速度谱的谱指数与$M_\mathrm{A}$分别呈正、负相关。然而，在亚离子尺度未发现有谱指数与$M_\mathrm{A}$的明显相关。(2)从弓激波到磁层顶，湍流声马赫数$M_{\mathrm{turb}}$通常从$>0.4$降至$<0.1$。所有谱在MHD尺度变陡、在亚离子尺度变平，表现为与$M_\mathrm{turb}$的正/负相关。磁场和速度谱的转折频率在接近磁层顶时增加0.1 Hz，而密度谱保持在0.3 Hz。(3)尽管存在一些差异，准平行和准垂直磁鞘的结果相似。此外，磁鞘湍流的空间演化与上游太阳风条件(如行星际磁场Z分量和太阳风速度)无关。