“张衡一号”电磁监测卫星计划在轨运行效果图 (图片来源：GeoTalks)
赤道等离子体泡(equatorial plasma bubbles)是电离层F层的等离子体空腔结构，由日落后F层底部的电子耗空区向顶部抬升并向两极扩展而形成，经常伴随有电磁场的扰动。
火箭、卫星对等离子体泡的原位探测已有50余年的历史。然而，受到多普勒效应等因素的影响，来自等离子体泡的电磁场信号往往难以分析。人们通常认为，等离子体泡中的静电信号是空间静态电荷结构相对于航天器运动而产生的多普勒效应，近似各向同性，而非可传播的“波动”。
借助“张衡一号”(CSES)较为完备的场和粒子测量，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“张衡一号”高精度磁强计研究小组，通过综合分析电磁场、等离子体观测数据，确认电离层等离子体泡内存在静电离子回旋波。
在一次穿越等离子体泡时，CSES发现泡内主要区域充斥着静电扰动(如图1所示)，扰动矢量的平均方向垂直于背景磁场，围绕磁力线螺旋状分布(如图2所示)，扰动信号在频谱上呈现双峰结构，符合静电离子回旋波的特征。计算表明，波动的频率接近当地氧离子的回旋频率，波动相速度与氧离子热速度相当。同时，伴随波动，CSES还观测到了离子的加热和极向减速，与离子回旋共振加热现象一致。据此，研究人员确认，等离子体泡内存在氧离子静电回旋波。泡内的横向电场及密度梯度超过了一定阈值，很可能触发了非均匀能量密度驱动的不稳定性(IEDDI)并产生了静电离子回旋波。
图1. CSES观测到等离子体泡内的电场ELF波动
图2. 等离子体泡中电场波动方向和极性
相关成果发表在国际期刊Geophysical Research Letters上。文章审稿人评价，“文章给出了令人信服的证据，等离子体泡内存在离子回旋波”(“This interesting paper makes a pretty convincing case for the presence of ion cyclotron waves in an equatorial plasma bubble”)。
