日地空間中經(jīng)常發(fā)生大的能量爆發(fā)事件,短時間內(nèi)(幾分鐘至幾小時)大量磁自由能轉(zhuǎn)化為等離子體動能和熱能,形成日地空間暴。例如:太陽表面的耀斑、日冕物質(zhì)拋射和地球磁層亞暴、磁暴等。目前的研究認為,這些能量爆發(fā)事件的直接驅(qū)動力是磁場重聯(lián)。然而,磁場重聯(lián)過程中,粒子是如何在短時間內(nèi)被加速到非常高的能量,甚至是相對論高能,一直有爭議。
最近我室王榮生副研究員等人利用多衛(wèi)星數(shù)據(jù),分析研究了地球磁尾磁場重聯(lián)事件中電子加速機制問題。首次直接同時觀測到了磁場重聯(lián)產(chǎn)生的高能電子束流和強的平行于局地磁場的靜電場。平行電場由重聯(lián)的中心區(qū)域沿磁力線向外,高能電子束流沿著磁力線向重聯(lián)中心區(qū)域運動[圖i]。由于電子束流的存在,同時還形成了逆著磁力線的電子電流層。該層的空間尺度為700km,位于磁場重聯(lián)區(qū)域的外邊界,稱為分界線區(qū)域。我們的研究首次證實了磁場重聯(lián)過程中,電子在沿著磁力線進入磁場重聯(lián)中心區(qū)域的過程中,已經(jīng)被強的平行電場有效加速。由于分界線區(qū)域一般會延伸很遠,可能至地球極區(qū)電離層,我們的研究表明磁場重聯(lián)過程中,電子加速區(qū)可能沿著分界線延伸至非常遠的區(qū)域,而并不是之前普遍認為的只局限于重聯(lián)點附近的上千公里的范圍。
該成果發(fā)表于國際知名地學(xué)期刊Geophysical Research Letter(Wang, R., A. Du, R. Nakamura, Q. Lu, Y. V. Khotyaintsev, M. Volwerk, T. Zhang, E. A. Kronberg, P. W. Daly, and A. N. Fazakerley (2013), Observation of multiple sub-cavities adjacent to single separatrix, Geophys. Res. Lett., 40, 2511–2517, doi:10.1002/grl.50537.).