自20世纪70年代以来，科学家通过航天器观测在内日球层流相互作用区（SIRs）的形成和初始动态演化研究方面取得了进展，而对1天文单位（AU）以上流相互作用区的演化知之甚少。作为空间天气的驱动因素，火星轨道附近的流相互作用区的动态发展是研究热点。因此，探讨火星流相互作用区原位观测的特征，对于了解火星大气层和电离层的演变至关重要。

近日，中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室博士张晗可、研究员沈芳、副研究员杨易等，联合深空探测实验室博士迟雨田、中国科学技术大学地空学院教授申成龙，以OMNI数据库为边界条件输入源，GONG磁图作为日冕磁场模型的驱动数据，利用三维磁流体力学（MHD）方程组，模拟了火星附近的SIRs。进一步，该研究将卡尔曼滤波数据同化方法应用到行星际背景太阳风三维MHD数值模拟中，利用MAVEN上的磁力计和太阳风离子分析仪，测量火星周围磁场的强度、方向、密度、温度、速度和动压以及天问一号火星轨道磁力计仪器探测到的火星周围的磁场数据，结合MAVEN和天问一号的多点观测，研究2021年11月15日至2021年12月18日观测到的三个SIR事件——SIR1、SIR2和SIR3。

科研人员利用太阳风数值模型生成了Model 1模拟和Model 2同化两种结果，比较了火星附近SIRs参数的模拟、同化与观测结果。对三个SIR事件的研究表明，模型2的流界面（SI）时间比模型1的更接近观测，SIRs的起止时间比模型1更接近观测。统计分析显示，模型2的均方根误差比模型1的有所减少，而相关系数比模型1的有所增加。研究表明，数据同化可以对SIRs的模拟起到调制作用，使模拟值更接近观测值。

对火星附近SIRs的模拟和同化表明，将卡尔曼滤波方法与三维MHD数值模型相结合，可以校正观测提前捕获到SIRs结构的模拟值，使SIRs结构的起止时间以及SI的时间更接近观测值。这是对MAVEN和天问一号联合观测到的流相互作用区事件进行模拟，表明该磁流体力学模型结合数据同化方法后提升了大尺度行星际空间模拟的准确性。

相关研究成果发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项（B类）等的支持。

论文链接

CR2251行星际背景太阳风的速度（左）和密度（右）分布图