磁场重联被认为是太阳风物质能量进入地球磁层的最重要方式,但长期以来由于观测手段的限制,人们对其中的具体物理过程依然缺乏了解。近年来得益于MMS卫星的高精度观测数据,人们开始能够对其小尺度电子动力学过程进行深入研究。这其中的一个重要进展就是在磁场重联的中心扩散区及其附近发现了各种复杂的不稳定的电子速度分布函数,这些电子分布的产生,演化和其在重联中的作用引起人们极大关注。而其中这些不稳定电子分布如何在重联中心扩散区的下游重新演化成较为稳定的电子分布函数也是一个重要课题。
针对上述问题,空间天气学国家重点实验室唐斌斌副研究员,李文亚副研究员,王赤研究员同中国科学技术大学陶鑫教授,吴一凡博士,瑞典空间物理研究所(Uppsala)Daniel Graham博士,美国洛斯·阿拉莫斯国家试验室(LANL)Ari Le博士等和其它科研机构的合作者一起对一个磁层顶非对称引导场重联事件进行了细致分析,结果发现在重联出流区存在不稳定的电子双向束流,这些束流激发的高频电场振荡可能对电子分布函数的快速演化有着重要作用。
在该观测事件中,平均间距约30km的4颗MMS卫星观测到了显著不同电子分布:其中一颗卫星观测到了沿磁场方向的电子双向束流,而其它三颗卫星则观测到了几乎各向同性的稳定电子分布。是什么原因造成了观测中电子速度分布函数在极小间隔中的显著差异呢? 研究者发现了伴随电子双向束流存在大振幅高频电场振荡。粒子模拟和理论分析等显示这些高频电场振荡是由电子双流不稳定性所激发,而激发的高频电场振荡可以通过波粒相互作用快速改变电子分布,从而使得整个电子分布变得更加稳定。
该研究表明电子微观不稳定性在磁场重联出流区电子分布函数的快速演化中扮演的重要角色,而快速演化的电子分布函数也为我们深入分析磁场重联中的电子尺度过程提出了新的挑战。目前该研究成果发表于Geophysical Research Letters。
Citation: Tang, B. B., Li, W. Y., Le, A., Graham, D. B., Wu, Y. F., Wang, C., et al.. (2020).Electron mixing and isotropization in the exhaust of asymmetric magnetic reconnection with a guide field. Geophysical Research Letters, 47, e2020GL087159 . https://doi.org/10.1029/2020GL087159
图一: MMS不同卫星在重联出流区观测到的有显著差异的电子分布(左)和电子双向束流在粒子模拟中的起因(右)。
图二:电子双流不稳定性和相关高频电场扰动。
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
空间中心科研人员对磁场重联出流区中的电子双流不稳定性研究取得新进展
本站小编 Free考研/2020-05-30
相关话题/电子 观测
空间中心科研人员在磁场重联电子扩散区中发现电子Bernstein波动
近日,中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室王赤研究员团队的李文亚副研究员(第一作者&通讯作者)、唐斌斌副研究员,与瑞典空间物理研究所Daniel Bruce Graham(通讯作者)、南方科技大学刘凯军教授等人合作,在磁场重联电子扩散区中发现大振幅电子Bernstein波动,相关工作于 ...中科院国家空间科学中心 本站小编 Free考研 2020-05-30空间中心科研人员在极区场向电子事件分布的研究中取得进展
场向电子是指沿磁力线运动的电子流,是场向电流的主要载体,在空间等离子体动力学过程中起着非常关键的作用。极区场向电子研究对于认识太阳风-磁层相互作用以及电离层-磁层耦合有着重要的科学意义。由于受卫星轨道的限制,以前对地球极区场向电子的特性、分布和动力学过程还缺乏全面的认识。最近,中国科学院国家空间科学 ...中科院国家空间科学中心 本站小编 Free考研 2020-05-30空间中心科研人员在磁层顶回旋各向异性电子分布函数研究取得进展
近日,空间天气学国家重点实验室唐斌斌副研究员,李文亚副研究员,王赤研究员等同瑞典空间科学研究所(Uppsala),美国Goddard飞行中心和其它机构的科研人员一起利用MMS卫星数据报导了一个磁层顶非重连电流片中的回旋各向异性电子分布函数的观测事件。目前文章已经在线发表在Geophysical Re ...中科院国家空间科学中心 本站小编 Free考研 2020-05-30空间中心研究人员在外辐射带相对论电子加速机制研究方面取得进展
相对论电子具有很高能量(>1MeV),能够直接穿透各种航天器的表面材料,产生内部静电放电,造成航天器部件损坏。地球磁层空间中存在着大量电子,在适当机制的激发下,这些电子被有效地加速到相对论量级,导致空间中相对论电子通量呈现数量级的增长,此时,在轨运行的航天器内部静电放电风险将急剧增加,严重时,可能导 ...中科院国家空间科学中心 本站小编 Free考研 2020-05-30空间中心科研人员对引起2015年3月17日强地磁暴事件的太阳活动源区情况给出最新的观测结果和分析
太阳活动区NOAA12297在2015年3月15日产生的日冕物质抛射(CME)与12小时前该活动区的另一次CME爆发共同驱动了第24太阳活动周到目前为止最强的一次地磁暴现象,Dst指数达到了-223 nT,并且两次爆发都只是伴随着C级耀斑,却产生了这样强的地磁效应(Liu et al., 2015, ...中科院国家空间科学中心 本站小编 Free考研 2020-05-30空间中心科研人员观测证实ICME等离子体的阿尔芬波加热机制
行星际日冕物质抛射(ICME)在内日球层径向传播过程中会不断膨胀。如果该膨胀是绝热过程,那么一般认为ICME内等离子体温度的下降速度会比周围的太阳风等离子体要快。近期,天气室王赤研究员、刘颍研究员等人通过对早期的统计研究进行分析,发现30 AU以内ICME等离子体温度的下降速率和周围太阳风的情况大体 ...中科院国家空间科学中心 本站小编 Free考研 2020-05-30空间中心科研人员观测证实空间物理原创概念——动力学阿尔芬本征波模
阿尔芬波是等离子体中的基本波模,由空间物理先驱诺贝尔奖得主H.Alfvén预言提出。动力学阿尔芬波(Kinetic Alfvén Wave,KAW)由阿尔芬波演化而来,特征是在垂直磁力线方向上的波长小于离子运动尺度。磁层中电流片经常很薄,可以接近离子运动的特征尺度;在薄电流片中,不均匀性的空间尺度和 ...中科院国家空间科学中心 本站小编 Free考研 2020-05-30中国生态系统光谱观测网络六站点仪器安装与调试运行成功
4月下旬至5月初,空天信息创新研究院研究员刘良云团队顺利完成了中国生态系统光谱观测网络(ChinaSpec)6个站点的系统建设、年度标定与安装调试工作。 中国生态系统光谱观测网络(ChinaSpec,https://chinaspec.nju.edu.cn/)是在现有地面CO2通量监测站点基础上, ...中科院空天信息创新研究院 本站小编 Free考研 2020-05-30环形正负电子对撞机用P波段连续波速调管取得进展
近日,中科院空天信息创新研究院(以下简称“空天院”)参研的环形正负电子对撞机用650兆赫兹(MHz)速调管样管研制成功,其连续波和脉冲输出功率分别达到400千瓦(kW)和800千瓦(kW),微波转换效率62%。这是国际上首支650兆赫兹(MHz)连续波速调管,标志着我国在P波段连续波速调管自主研发方 ...中科院空天信息创新研究院 本站小编 Free考研 2020-05-30“北极环境多要素空间观测与信息服务研究”项目取得进展
2020年1月16日至17日,国家重点研发计划国际合作项目“北极环境多要素空间观测与信息服务研究”和“极端环境下北极航行船舶运动和结构安全性分析与评估”在哈尔滨工程大学联合召开项目间交流会,针对项目取得的进展和成果展开研讨。 两个项目均为科技部重点研发计划中欧国际合作,面向北极环境监测、航道安全和 ...中科院空天信息创新研究院 本站小编 Free考研 2020-05-30