磁场重联扩散区次级磁岛结构演化规律和电子加速机制的研究

磁场重联是磁能转化为等离子体动能和热能的有效机制，其能量转化主要发生在重联扩散区。所以，重联扩散区内部结构和粒子动力学是磁场重联研究的关键。近来，Cluster卫星观测表明，重联扩散区内部存在次级磁岛，并且次级磁岛内部高能电子通量出现峰值、电子密度呈双峰分布。然而，重联过程中次级磁岛是如何演化的、次级磁岛的生成对电子加速的影响及次级磁岛内部电子密度双峰分布形成的原因，都有待进一步研究。本项目拟采用Cluster卫星在地球磁尾的观测，利用Cluster多颗卫星的特点，挑选次级磁岛先后穿越不同卫星的事例和次级磁岛同时穿越不同卫星的事例，研究次级磁岛演化，电子加速及磁岛内部电子密度双峰分布形成的机制和物理成因。这一研究将使我们更深入地理解重联扩散区结构和能量耗散机制。

2012年1月-2014年12月，在国家自然科学基金青年科学基金的资助下，本人和团队成员研究了磁场重联扩散区内部次级磁岛演化和电子加速机制等问题。对项目预期研究的问题作了细致地研究，并取得了预期的结果，较好地完成了本项目的研究任务。该项目实施过程中，我们也取得了一些新的结果、这些新结果将是我们后续研究的一个动机。.利用卫星在地球磁尾的观测数据，我们研究发现扩散区内部可能存在多个次级磁岛结构、而其形成机制仍旧不清楚。次级磁岛的形成机制可能和引导场的强度关系密切。这些次级磁岛大多伴随着高速离子出流，内部常观测到高能电子通量的增强。由于卫星间距在离子惯性长尺度，利用多颗卫星的观测发现次级磁岛在该尺度内的演化不明显。.对扩散区内部各个区域的比较研究发现，分离线区域是较为复杂的区域。该区域内电子可以被有效地加速。分离线区域，指向背离X线的平行电场被观测到。该研究表明，分离线附近背离X线的平行电场可以有效地加速电子，致使电子向X线附近流动。由此形成的高能电子束流会不稳定，而产生电子相空间洞。 分离线区域的平行电场，也会破碎成多个小尺度静电波（电双层），这些静电波会以热速度逃离X线，继而形成电子入流。 由于卫星数据的分辨率较低，我们需要更高分辨率的数据来彻底研究这些静电波的形成以及对磁场重联的影响。