超级磁暴期间，极光椭圆通常会向低纬大幅扩展，甚至在中低纬度地区形成壮观的极光。然而，究竟是什么物理过程控制了这种极光的大幅向赤道扩展，长期以来学界仍缺乏直接的观测证据。以往的研究常基于“扩张-收缩极盖”（ECPC）框架，关注极盖边界的变化，但极光赤道向边界的控制机制仍不清晰。厘清这一机制，对于理解太阳风-磁层-电离层跨尺度耦合过程，以及评估极端空间天气事件的影响至关重要。
近日，中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气全国重点实验室王彤辉博士生、戴磊研究员等人，综合利用多卫星与地基协同观测数据，研究表明，在2024年5月10日的超级磁暴主相期间，晨侧极光椭圆的赤道向边界大幅扩展到了50°磁纬以下，值得注意的是，极光椭圆的极向边界基本保持不动，表明扩展主要由赤道向边界的推移主导。伴随着极光赤道边界的大幅扩张，电离层向阳对流、Region 1和Region 2场向电流以及极光电集流也发生了同步的低纬位移。同时在磁层内部直接观测到了增强的磁层对流深穿透现象，这种由强日侧重联驱动的对流将等离子体片向地球方向输运，使得沉降电子能够到达更低纬度的区域，从而产生了极光的向赤道扩展。此外，团队进一步回溯了其他超级磁暴事件，发现磁层对流深穿透及等离子体片内边缘的低纬位移是一个普遍特征。
该研究首次通过DMSP、Swarm、AMPERE、SuperDARN及THEMIS等多卫星与地基协同观测，给出了磁层对流的深度穿透驱动极光大幅向赤道扩展的直接观测证据。将极光的低纬扩展与磁层内部的大尺度对流和等离子体片动力学直接联系起来，指出对流穿透深度是决定极端磁暴期间极光赤道向边界的关键因素。这一发现不仅深化了对超级磁暴期间磁层-电离层耦合系统的认识，也为正在实施的SMILE任务提供了重要的物理参考。
论文信息
相关成果以 “Substantial Equatorward Auroral Expansion Driven by Deep Penetration of Magnetospheric Convection During the May 2024 Superstorm” 为题发表于 Journal of Geophysical Research: Space Physics。
相关论文链接：
Wang, T., Dai, L., Ren, Y., Gonzalez, W., Escoubet, C. P., Zhu, M., et al. (2026). Substantial equatorward auroral expansion driven by deep penetration of magnetospheric convection during the May 2024 superstorm. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 131, e2026JA035972. https://doi.org/10.1029/2026JA035972
资助信息
该研究得到国家自然科学基金（42425404、42527802、42188101、42404178、42204172）、国家重点研发计划（2025YFF0512100）、全国重点实验室专项经费、中国科学院空间科学先导专项（XDA15350201、XDA15052500）等项目资助。
图1 极光向赤道扩展期间极光椭圆与电离层-磁层对流、场向电流、极光电集流及等离子体片的综合观测。
图2 对流的深度穿透驱动极光大幅向赤道扩展示意图