地球磁鞘中动理学尺度磁洞的研究进展  

作　　者：史全岐[1] 姚淑涛 Maria HAMRIN 刘吉 

机构地区：[1]山东大学空间科学研究院,山东省光学天文与日地环境重点实验室,威海264209 [2]Department of Physics,UmeåUniversity,Umeå90746,Sweden [3]Department of Physics,University of Alberta,Edmonton T6K 2P6,Canada

出　　处：《中国科学：地球科学》2024年第9期2789-2822,共34页Scientia Sinica(Terrae)

基　　金：国家自然科学基金项目(42225405、42104153);山东省自然科学基金项目(ZR2021QD097);中国博士后科学基金项目(2021M701975);瑞士伯尔尼国际空间科学研究所ISSI国际团队项目(#517、#555)资助。

摘　　要：离子到电子动理学尺度上的磁洞(Kinetic Scale Magnetic Holes, KSMHs)是磁化的湍流等离子体中产生的极其微小的结构之一.近年来,借助磁层多尺度卫星(MMS)超高精度的观测数据, KSMHs的研究取得了显著进展.本文总结了地球磁鞘湍流中观测到的KSMHs的最新特性,以及它们对空间等离子体的影响.研究人员发现,KSMHs呈现出由电子抗磁漂移引起的准圆形电子涡旋结构.这些电子表现出明显的各向异性并被加速.在地球的磁鞘中, KSMHs的发生率明显高于太阳风和磁尾,表明湍动的磁鞘是其主要的产生区域.此外,研究发现,KSMHs能够在针对等离子体湍流的模拟中产生,并成功地被动理学平衡模型所复现.研究证实了KSMHs能够通过非绝热加速机制加速电子,并可能成为磁重联过程中能量耗散的额外途径.值得注意的是, KSMHs能够在空间等离子体中产生多种波现象,包括哨声波、静电孤立波和电子回旋波.这些结果突显了KSMHs的影响,如波粒相互作用、能量级联/耗散以及粒子加速/加热等.本文梳理了这些发现,探讨了它们的产生机制、类似结构,以及在地球磁尾和太阳风中的观测.未来在这一活跃的研究领域需要展开更深入探索.

关 键 词：磁洞 电子涡旋 镜像模 磁鞘 湍流 相干结构 动理学尺度 电子加速 哨声波 

分 类 号：P353[天文地球—空间物理学]