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宗秋刚教授领导的科研组揭示了太空电子尺度磁洞的几何形态与形成机制

  日期:2019-03-05    

万博快速充值中心的长江学者宗秋刚教授(通讯作者)、博士生刘晗(第一作者),何建森研究员,周煦之研究员物理学院肖池阶研究员等人组成的研究小组,利用一种创新的电子回旋各向异性作为度量太空等离子体磁洞边界方法,揭示了空间等离子体物理中电子尺度磁洞的几何形态和产生机制,相关成果已撰写成题为“MMS卫星观测到的嵌入质子磁洞的电子磁洞 (MMS observations of electron scale magnetic cavity embedded in proton scale magnetic cavity)”的论文日前已国际学术期刊《自然.通讯》 (Nature Communications) 正式发表

 

MagneticCavity-Sounding-MMS-Han et al

电子回旋遥测方法解析磁洞结构的原理示意

 

如果搅动一杯咖啡,我们能观察到液体中的漩涡,具有凹陷的液面、旋转的水流。如果被搅动的是宇宙中的主要物质形态——等离子体,那么漩涡会是什么样?这便是长江学者宗秋刚教授的科研小组研究的问题。子尺度磁洞就是这样一种广泛存在于等离子体中的小尺度涡旋。在由电离的离子和电子组成的等离子体中,电子尺度磁洞是种抗磁结构,电子会像搅动的咖啡一样在打转,并造成中心处磁场的下降。

近年来,关于电子尺度磁洞的研究是空间等离子体小尺度结构研究领域的一个热点。人们发现,这种结构的产生与湍动中的能量耗散有密切关联。然而,由于全貌难以通过卫星实地观测而得,人们一直未能直接测量这种结构的几何形态和空间分布。宗秋刚教授科研组另辟蹊径,创新使用了电子回旋各向异性 作为度量太空等离子体磁洞边界的方法,利用NASA 磁层多尺度任务” (Magnetospheric Multiscale, MMS) 卫星提供的高精度数据电子密度分布变为一种探测器,通过持续的遥测首次直接获得了结构的边界形状和分布。研究结果显示,电子尺度磁洞垂直磁力线方向截面为圆形并且有很好的旋转对称性。

宗秋刚教授的研究组还发现电子尺度磁洞是一种相对稳定的抗磁结构,且观测到的该结构嵌入在质子尺度磁洞中,因此可能与质子尺度抗磁结构存在联系。这些研究成果有助于人们最终理解等离子体湍动中能量输运与耗散的机制,并最终在磁约束等关键技术领域取得突破电子回旋遥测方法作为一种创新的方法,有望在更多特定小尺度结构研究中得到应用。

 

背景链接:

宗秋刚教授领导的科研小组发表的文章:

Liu, H., Zong, Q.-G., Zhang, H., Xiao, C. J., Shi, Q. Q., Yao, S. T., He, J. S., Zhou, X.-Z., Pollock, C., Sun, W. J., Le, G., Burch, J. L. and Rankin, R. MMS observations of electron scale magnetic cavity embedded in proton scale magnetic cavity. Nat. Commun. 10, 1040 (2019).