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首次证实磁重联扩散区内存在小尺度的次级磁岛结构

(2011-09-27)
    磁重联与太阳大气、行星际空间、地球和行星磁层中观测到的许多爆发现象密切相关。通过磁重联,不仅磁场拓扑位形发生显著改变,而且伴随着丰富的等离子体动力学过程。磁能可以转化为等离子体的动能和热能,导致带电粒子的加速和加热,进而能够激发各种形式的波动。在地球空间中,太阳风通过向阳面磁层顶处的磁重联向地球空间传输能量,并形成磁层-电离层等离子体对流;磁层磁重联为磁暴和磁层亚暴提供了主要的能量来源。
    数值模拟和卫星探测结果都表明,在地球磁层中存在小尺度磁岛,但一直不能确定这些小磁岛出自何处。近地空间环境重点实验室王荣生博士等利用Cluster卫星在地球磁尾17RE的观测资料,证实在磁重联扩散区内部存在这种小尺度次级磁岛结构。在此重联事例中,在扩散区的中心区域观测到离子惯性长度的次级磁岛,磁岛呈扁平状,长宽比约为2∶1。在卫星穿越扩散区过程中,高能电子通量增加;进入磁岛后,高能电子通量进一步显著地增强。这种小尺度磁岛通常伴有很强的磁场,将会严重地影响带电粒子的动力学行为。
 

图: 磁尾磁重联扩散区中的小尺度次级磁岛

 
    日本学者Tanaka等人认为此次研究给出了磁岛中电子加速的证据。"Observational evidences of electron acceleration in the islands also have been given."另外,课题组通过数值模拟发现,次级磁岛是由于在电场力与安培力的非平衡作用下,电子电流片会被拉长激发撕裂模不稳定性而产生的。
 
 
 

(中科院近地空间环境重点实验室)

 

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