MMS星座对磁层顶磁通量绳内离子惯性尺度结构的观测

作     者：刘杨 濮祖荫 谢伦 郭瑞龙 王晓钢 肖池阶 史全岐 DUNLOP M BOGDANOVA Y V MOORE T E RUSSELL C T LINDQVIST P A TORBERT R B POLLOCK C ZHAO Cong LIU Yang1, PU Zuyin1, XIE Lun1, GUO Ruilong2, WANG Xiaogang3, XIAO Chijie4, SHI Quanqi5, DUNLOP M6, BOGDANOVA Y V6, MOORE T E7, RUSSELL C T8, LINDQVIST P A9, TORBERT R B10, POLLOCK C7, ZHAO Cong8

作者机构：北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 哈尔滨工业大学物理系哈尔滨150001 北京大学物理学院北京100871 山东大学空间科学与物理学院威海264209 RAL SpaceRutherford Appleton LaboratorySTFCDidcotOX11 0QXUK Goddard Space Flight CenterNASAGreenbeltMDUSA University of CaliforniaLos AngelesCAUSA Royal Institute of TechnologyStockholmSweden University of New HampshireDurhamNHUSA 

出 版 物：《空间科学学报》 (Chinese Journal of Space Science)

年 卷 期：2018年第38卷第2期

页      面：147-168页

核心收录：

学科分类：070802[理学-空间物理学] 07[理学] 0708[理学-地球物理学] 

基　　金：国家自然科学基金项目资助(41274167 41674164) 

主　　题：磁通量绳 离子尺度电流 霍尔电场 磁层顶 磁重联 

摘      要：利用MMS观测数据,对磁层顶通量绳内离子惯性尺度(d_i)的结构进行分析研究.结果发现,许多不同尺度(约1d_i至数十d_i)的通量绳内都存在具有d_i尺度的电流j_m,其方向在磁层顶局地坐标系的-M方向,即与磁层顶查普曼-费拉罗电流同向,由电子在+M方向的运动(v_(em))携带.这些电流结构具有以下特征:磁鞘与磁层成分混合,磁场为开放形态;离子去磁化,电子与磁场冻结;N方向(即垂直于磁层顶电流片方向)的电场E_n显著增大,幅度达到约20 mV·m^(-1),并伴有明显的尖峰状起伏,该增强和尖峰状起伏的电场对应于霍尔电场.分析表明,电流、电子与离子运动的偏离以及霍尔电场之间遵从广义欧姆定律,三者密切关联.进一步对磁层顶磁重联的探测数据进行分析发现,在很多重联区内也存在与通量绳内相似的结构,其尺度约为d_i量级,其中霍尔电场E_N、电流j_M和电子速度v_(eM)均与通量绳内对应物理量的方向相同且幅度相近.基于上述观测事实,采用经典FTE通量绳模型,对通量绳内电流、电子运动和霍尔电场的起源进行了初步探讨,认为其来源于磁层顶无碰撞磁重联区内的相应结构,并且后者在离子尺度通量绳的形成过程中起到重要作用.