远磁尾磁重联的性质及相关电子加速

Magnetic reconnection is a basic physical process which provides an effective mechanism for fast energy conversion from magnetic energy to plasma kinetic energy in laboratory, space and astrophysical plasmas. The deep-tail is an active region which magnetic reconnection can always occur. Compared with the mid-tail, the deep-tail is the region with low density, weak magnetic field. And the influence of the solar wind on the deep-tail is very important. These plasma conditions cause that the deep-tail magnetic reconnection has different features with the mid-tail reconnection. The statistical results have indicated that energetic electrons in the deep-tail magnetic reconnection have different distributions with that in the mid-tail magnetic reconnection. However, until now the deep-tail magnetic reconnection gains little attention. We plan to use two-probe ARTEMIS mission to give a survey of the average properties of the deep-tail magnetic reconnection, and study the electron acceleration mechanisms in the deep-tail magnetic reconnection. Furthermore, we will do comparisons between the deep-tail magnetic reconnection with the mid-tail magnetic reconnection for the understanding on magnetic reconnection processes under different plasma conditions.

磁重联是实验室、空间和天体等离子体中广泛存在的一种基础等离子体过程。它提供了一种有效的将磁能转化为等离子体动能和热能的方式。地球的远磁尾是一个磁重联常发的区域。相比中磁尾，远磁尾等离子体密度更低，磁场更弱，受太阳风影响更强。这些等离子体参数的不同导致远磁尾磁重联的性质与中磁尾磁重联存在一定的差异。统计结果也表明能量电子在中磁尾磁重联和远磁尾磁重联中的分布区域不同。但是远磁尾磁重联目前还少有研究。本项目拟利用ARTEMIS双卫星在地球远磁尾的观测，去研究远磁尾磁重联的统计性质和相关的电子加速机制，并将结果与中磁尾磁重联对比分析，进而增进对不同等离子体环境中磁重联过程的认知。

地球磁尾是太阳风与磁层相互作用过程中的能量注入、储存和耗散的重要区域。远磁尾（尾向30个地球半径以外的磁尾）是一个磁场重联频发的区域，在磁层亚暴期间的质量、能量和磁通量的输运过程中发挥着重要作用。中磁尾和远磁尾参数的不同，对磁场重联具有一定影响。因此分析对比中磁尾和远磁尾重联相关过程，增进对不同等离子体环境中磁重联过程的认知。.本项目基于ARTEMIS卫星观测和OMNI 数据库，对远磁尾的场和等离子体进行进行统计分析，获得了不同行星际磁场和地磁倾角条件下远磁尾的电流片位形和磁场分布。主要结果如下：（1）当IMF 指向昏侧（晨侧）时，电流片逆时针（顺时针）扭转；（2）当IMF 晨昏向分量很小时，电流片扭转并不明显；（3）相比于昏向IMF，晨向IMF 对电流片的扭转更明显；（4）IMF 北向分量越大，且存在晨向分量时电流片扭曲越明显；（5）南向IMF 条件下尾瓣平均磁场强度会更强；（6）晨昏向IMF 条件下尾瓣平均磁场强度会更强。此外，在统计上研究了地磁倾角对电流片位形和磁场分布的响应：（1）对于地磁倾角大于0度时，电流片会向北弯曲；而对于地磁倾角小于0度时，电流片会向南弯曲；（2）电流片在大磁倾角下的弯曲程度比在小磁倾角下更显著。 .使用从 ARTEMIS 卫星统计了远磁尾磁场重联相关的地向流特征，并将其与宁静等离子体片和尾向流进行比较了离子密度、温度和速度的南北分布。主要结果为：（1）给出了宁静等离子体片、地向流和尾向流的平均离子密度、温度和宏观速度参数；（2）高速流的垂直速度在等离子体片中心占比更高；（3）高速流的平行速度在等离子体片南北边缘占比更高。另外，我们估算远磁尾高速流的空间尺度在晨昏方向为3-24个地球半径，比近中磁尾的更大，说明远磁尾重联中性线的晨昏延展可能比近地中性线更长。此外，我们还分析了中磁尾磁重联中产生的场向电流过程和火星磁鞘中的小尺度磁洞。