空间中心科研人员在磁场重联电子扩散区中发现电子Bernstein波动

　　近日，中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室王赤研究员团队的李文亚副研究员（第一作者&通讯作者）、唐斌斌副研究员，与瑞典空间物理研究所Daniel Bruce Graham（通讯作者）、南方科技大学刘凯军教授等人合作，在磁场重联电子扩散区中发现大振幅电子Bernstein波动，相关工作于2020年1月9日在《自然-通讯》(Nature Communications)期刊在线发表，题为Electron Bernstein waves driven by electron crescents near the diffusion region。 

　　磁场重联（Magnetic Reconnection）是一种将磁场的能量转化成等离子体能量的物理过程，造成了空间中众多爆发性现象，例如太阳上的日冕物质抛射（CME）和地球磁层中的磁暴和亚暴等。重联率或重联电场作为重联快慢的表征，一直以来都是磁场重联研究的核心问题。在空间无碰撞等离子体环境中，理论和数值模拟研究表明重联点附近电子扩散区中的电子动力学过程有可能决定重联电场。近些年，伴随磁层多尺度卫星（Magnetospheric Multiscale mission, MMS）的成功发射和对重联电子尺度的首次测量，使得利用探测数据研究电子扩散区中的电子动力学过程成为可能。 

　　从2015年3月发射至今，MMS已经穿越地球磁层顶过万次，一次磁层顶穿越的典型探测时长为几分钟，而一个电子扩散区的典型探测时长只有0.5秒左右，电子扩散区的寻找与识别工作量巨大。该研究团组通过多年努力，在MMS的海量数据中寻找到9个新的电子扩散区事例，建立了独立的研究电子扩散事例库。 

示意图

　　该研究团组对此事例库中的一个电子扩散区事例进行深入研究发现，在重联霍尔电流反转的电子尺度边界上，电子与磁力线解耦，电子有限回旋半径效应形成回旋异性月牙形分布函数(Agyrotropic crescent-shaped distribution)，激发了电子Bernstein波动。电子Bernstein波动，即电子回旋谐波，是一种电子回旋倍频附近的高频静电波。利用MMS极限精度（7.5毫秒）的电子数据，研究发现电子Bernstein波动与回旋异性电子存在较强的波粒相互作用，使得表征各向异性的电子压强张量非对角量降低，进而有可能影响重联电场。相比早先研究较多的哨声波和低混杂漂移波这样的电子回旋频率以下的较低频波动，该研究表明以电子Bernstein波动为代表的高频静电波在重联点附近可能扮演重要作用。

　　论文链接： 

　　W. Y. LI, D. B. Graham, Yu. V. Khotyaintsev,et al (2020), Electron Bernstein waves driven by electron crescents near the electron diffusion region, Nat Commun 11, 141, doi: 10.1038/s41467-019-13920-w. (https://www.nature.com/articles/s41467-019-13920-w).