流星离子影响木星电离层的电导率

    电离层的Pedersen电导率和Hall电导率在行星电离层和磁层的电磁耦合中发挥着重要作用。它们是控制电离层电流的重要参数，用于关闭电离层和磁层之间的大电流回路，通过焦耳加热对热层中性动力学起着重要作用。电离层电导率在很大程度上取决于电离层的结构。

    以往的木星电导率数值模型基本假设电离层由H₃⁺、H⁺和碳氢化合物离子组成，这些离子来自大气分子，非极光区由太阳极紫外辐射产生和极光区由电子沉淀产生。在这样的电离层中，H₃⁺和碳氢化合物离子将对Pedersen电导率做出主要贡献，电导率在昼侧和夜侧之间存在显著差异，导致场向电流密度和磁层等离子体方位角速度的日变化。随着探测手段的不断更新，一些观测和模型表明，在木星电离层的下部存在着来自行星际的流星离子（如Mg⁺和Fe⁺）；然而，还没有一个模型考虑了流星离子对电离层电导率的贡献。

    Nakamura等人在2022年的文章中，开发了一个结合流星体消融过程和光化学过程的电离层模型来评估流星离子对电离层电导率的贡献。作者对比了电离层中有无流星离子情况下，电离层电导率的结果。在中纬度地区和极光区，350-600 km高度的电离层以流星离子为主，由于流星离子的存在时间较长，流星离子和电子的密度不会随低温而变化。在中纬度和低纬度地区，由于长寿命流星离子的贡献最大，Pedersen电导率和Hall电导率分别提高了3倍和10倍，并达到轴对称。在极光区，Pedersen电导率和Hall电导率的增强速度与中纬度地区几乎相同。由于模型中假设木星磁场为轴对称偶极子，且偶极子轴线与旋转轴对齐，因此电离层电导率分布相对于旋转轴呈轴对称。然而实际的木星磁场随经度而变化，它的偶极子轴线有一定倾角。当应用到更实际的磁场结构时，由于磁场强度分布的不均匀，电离层电导分布对转轴不是轴对称的，而应依赖于经度。

图 1 有无流星离子情况下的电导率模拟结果

    流星离子对电离层电导率的作用作者做出了以下解释：(1)木星的强地表磁场是导致电离层和流星离子层高度重合的关键因素；(2)木星的强重力场是控制流星体烧蚀和大气物质直接电离效率的关键因素。木星具有很强的磁场和重力场，因而在太阳系中预计只有木星的流星离子对其电离层电导率的贡献才会如此重要。

参考文献

1. Nakamura, Y., Terada, K., Tao, C., Terada, N., Kasaba, Y., Leblanc, F., et al. (2022). Effect of meteoric ions on ionospheric conductance at Jupiter. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127, e2022JA030312, doi:10.1029/2022JA030312.