主要观点总结
本文介绍了中山大学钟嘉豪副教授和万欣副教授团队对火星电离层不规则体的分类研究。他们利用美国国家航天局火星大气与挥发物演化任务（MAVEN）的就位观测数据，对电离层不规则体进行深入研究。研究证实了火星电离层不规则体类型的多样性，其差异化分布特征受岩石圈磁场、磁场构型等调制。该研究成果对理解空间电磁物理过程及星地通信、导航、定位等领域有重要意义。
关键观点总结
关键观点1: 研究背景及目的
随着火星探测数据的增加，对火星空间环境的研究逐渐深入。但对火星电离层不规则体的认识仍十分不足，因此中山大学团队进行了此项研究。
关键观点2: 研究方法与数据来源
研究采用了美国国家航天局火星大气与挥发物演化任务（MAVEN）的就位观测数据，依据电离层密度扰动形态和内在磁化性质对火星电离层不规则体进行分类。
关键观点3: 研究成果
研究证实了火星电离层不规则体类型的多样性，并发现其差异化分布特征受岩石圈磁场、磁场构型等调制。此外，研究还揭示了不同类型不规则体的分布特征与太阳天顶角的关系。
关键观点4: 研究意义
该研究不仅丰富了人们对空间电磁物理过程的理解，也为星地通信、导航、定位等领域提供了重要参考。此外，该研究为后续针对性研究提供了充足的事件样本。
正文
电离层不规则体是各种电离层精细结构的统称，是跨电离层电波传播的主要干扰源。中山大学
钟嘉豪
副教授和
万欣
副教授团队采用美国国家航天航天局火星大气与挥发物演化任务（MAVEN）的就位观测数据，依据电离层密度扰动形态和内在磁化性质，对火星电离层不规则体进行分类研究。研究证实了火星电离层不规则体类型的多样性，其差异化分布特征主要受岩石圈磁场、磁场构型等调制。相关成果发表于《中国科学：地球科学》中英文版2024年第10期。
对电离层不规则体的观测历史已近百年，丰硕的研究成果不仅丰富了人们对空间电磁物理过程的理解，也服务了星地通信、导航、定位等诸多应用领域。早期火星探测数据稀缺，无法满足对火星空间环境-电离层精细结构及其相应的物理化学过程的观测需求。直到近年，诸多探火任务的顺利实施带来了大量的高精度数据，掀起一波对火星空间环境立体化、精细化的研究热潮。但目前对火星电离层不规则体多样性的认识还十分不足。
中山大学大气科学学院-空间与行星科学系万欣副研究员采用美国火星探测任务MAVEN飞船提供的多种就位观测数据，依据电离层离子密度的扰动形式（增强型、耗空型和震荡型），同时关注有无伴随的磁扰信号（磁化、非磁化），就火星电离层不规则体的类型划分与气候态分布规律展开研究。
研究结果表明，对磁化的不规则体而言，不同密度扰动形态之间并未出现明显的分布差别（图1），说明这些不规则体很可能与等离子体不稳定性引起的局地密度起伏有关。概括而言，在日侧和晨昏侧，不规则体主要分布在壳磁场区域的外边界处，对应较强的发电机效应和较大的磁场梯度。这些分布特征与以往报道的火星类Es结构类似，其被认为主要与梯度漂移不稳定性或漂移剪切有关。然而以往一般将风场梯度作为不稳定性的扰动源，而研究提出火星岩石圈磁场构型的剧烈变化或是等离子体不稳定性的主要激发源。
图1 300km以下高度的有磁扰特征的不规则体发生率分布
三列分别为三个太阳天顶角扇区间: 0°~80°、80°~110°、110°~180°;三行代表三种不规则体类型: 增强型、耗空型、震荡型. 白色和猩红色等值线分别表示200km高度处50nT和100nT的背景地壳磁场强度
对非磁化的不规则体而言（图2），三种不规则体呈现差异化的分布特征：即或分布于壳磁场区以内，或分布于壳磁场区之外；而这些不同的壳磁场依赖分布也与太阳天顶角区间有关。这说明即使对于同一形态的不规则体而言，其也存在显著日夜差异，其本质极有可能对应更多的未知类型。
图2 300km以下高度的有磁扰特征的不规则体发生率分布
各子图排列方式与图1一致。
举例而言，对于增强型不规则体，其在夜侧呈现明显的壳磁场区域内的分布（图2c）特征，同时也发现其在高高度（大于300km）处呈明显的垂直磁力线偏好，而在低高度则不然（图3）。这些特征与火星快车观测到的局地隆起结构完全一致。从其示意图（图3右侧）可以看出，局地隆起在低高度既存在闭合磁力线也存在开放磁力线，且倾角不一，而在高高度则主要为垂直方向的开放磁力线。因此，尽管观测手段存在
根本
差异（MAVEN原位观测和火星快车的遥感观测），二者所提取不规则体的特征保持了巧妙的一致性，证明了当前分类和气候态分布特征的真实性和可靠性！为后续针对性研究提供了充足的事件样本。
图3 无磁扰特征的增强型电离层不规则体随磁力线构型的分布（左三列），局地隆起结构的概念示意图（右）
