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实验室研究人员对磁尾高速流期间越尾电流片演化研究的最新进展

2021年03月25日 星期四 12:24:12

磁尾重联产生的高速喷流又称为爆发性整体流(bursty bulk flow, BBF)。BBF是磁尾最重要和常见的物理现象之一。BBF是磁尾能量和磁通量的主要输运者,承担了约90%的质量,动量和能量传输任务。重联喷流形成的BBF可以驱动电离层的极光活动以及地面的地磁脉动现象。BBF‘刹车’是触发亚暴形成亚暴电流楔的主要机制。

高速流湍动的演化是磁层动力学演化的关键过程。磁尾晨昏电流片和偶极化锋面是影响高速流演化的两个最重要的磁结构。越尾电流片存在于BBF的中间,将高速流分隔为南北两部分。

另一方面,BBF地向运动过程中和背景等离子体相互作用会形成的偶极化锋面(dipolarization front,DF)。相对大尺度的电流片,DF是一个小尺度的磁结构 (离子尺度)。其典型的厚度只有~1000-2000公里。偶极化锋面被认为是磁尾等离子体片内波和粒子加热/加速的重要源区。

实验室王赤院士团队的张灵倩副研究员利用MMS卫星在等离子体片高速流期间观测到的偶极化锋面处越尾电流片的典型事件进行了细致的分析和研究。分析表明偶极化锋面会导致越尾电流片向上和向下的位移,形成不对称的电流片卷起结构。在本事件中,电流片在偶极化锋面处的仰角达到30°。电流片卷起导致偶极化锋面下游高速流的减速。文章进一步指出电流片卷起有可能对高速流的结构和演化产生重要的影响。文章已发表在国际知名刊物JGR。

文章链接: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2020JA028796



Figure 1. Schematic diagram of the geometry of the roll-up current sheet at the DF embedded in the earthward traveling BBF GSM coordinates.
(a) Extended cross-tail current sheet
(b) Roll-up current sheet antisymmetric depression and elevation
(c) Current sheet roll-up at the DF embedded in the BBF asymmetric depression and elevation.

Figure 2. Extended evolution of the current sheet at the DF between 205843.630 and 205857.630 UT.
Black vertical lines separate the four different stages. Red vertical lines denote the twice current sheet-crossing.

Figure 3. Evaluation of the elevation angle of the current sheet at the front by MMS1 and MMS3 joint observations using Timing method
Panel (G) is cartoon of trajectory of MMS1 in the roll-up current sheet (GSM). The yellow line marks the trajectory of MMS1. The short blue line with arrow denotes the direction of the magnetic field line.

 

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