日地空間中經(jīng)常發(fā)生爆發(fā)事件，短時(shí)間內(nèi)（幾分鐘至幾小時(shí)）大量磁能轉(zhuǎn)化為等離子體動(dòng)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。半個(gè)多世紀(jì)的研究，目前研究者普遍認(rèn)為，這些爆發(fā)事件的直接驅(qū)動(dòng)力是磁場重聯(lián)。磁場重聯(lián)是如何在短時(shí)間內(nèi)將大量低能帶電粒子加速到高能相對論粒子的，一直困擾著學(xué)界。
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區(qū)域的磁場重聯(lián)事例。采用高分辨率數(shù)據(jù)，首次直接同時(shí)觀測到了磁場重聯(lián)過程中分離線附近平行于局地磁場的靜電場和高能電子束流。平行電場由重聯(lián)的中心區(qū)域指向外，呈連續(xù)的孤立靜電波（稱之為：電雙層）分布。該靜電波以局地離子聲速逃離重聯(lián)區(qū)域，因而加速在其路徑上的電子。電子經(jīng)歷一系列的靜電波加速，可以很快被加速到高能（高達(dá)100 keV）。由于靜電波的加速，電子形成束分布、逆著磁力線進(jìn)入重聯(lián)中心區(qū)域。同時(shí)，電子束流形成一薄的電子電流層、厚度約為700 千米，位于磁場重聯(lián)區(qū)域的分界線區(qū)域。該組研究首次證實(shí)了磁場重聯(lián)過程中，電子在沿著磁力線進(jìn)入磁場重聯(lián)中心區(qū)域的過程中，已經(jīng)被強(qiáng)平行電場有效地加速。由于分界線區(qū)域一般會(huì)延伸很遠(yuǎn)，可能至地球極區(qū)電離層，該研究表明磁場重聯(lián)過程中，電子加速區(qū)可能沿著分界線延伸至很遠(yuǎn)的區(qū)域，而并非之前普遍認(rèn)為的只局限于重聯(lián)點(diǎn)附近的千米范圍。
電雙層不斷地生成并從分離線區(qū)域逃離磁場重聯(lián)X線，由其形成的入流電子束流會(huì)不穩(wěn)定生成一串電子相空間洞。大量相空間洞在磁場重聯(lián)的中心區(qū)域匯集、形成由其組成的"空洞氣體"。數(shù)值模擬結(jié)果表明該氣體可以散射粒子、提高磁場重聯(lián)效率。
該工作發(fā)表在 Wang, R. S., Q. Lu, Y. V. Khotyaintsev, M. Volwerk, A. M. Du, R. Nakamura, W. D. Gonzalez, X. Sun, W. Baumjohann, X. Li, T. L. Zhang, A. N. Fazakerley, C. Huang, and M. Y. Wu (2014), Observation of double layer in the separatrix region during magnetic reconnection, Geophys. Res. Lett., 41, 4851–4858, doi:10.1002/2014GL061157.