近日，我们空间数据与计算中心研究团队在磁尾偶极化锋面后电子加速的时间演化方面取得重要进展，相关成果《Temporal Evolution of Electron Accelerations Behind Dipolarization Front in the Earth’s Magnetotail》发表在美国天文学会会刊《The Astrophysical Journal 》，该成果入选美国THEMIS卫星计划科学金块成果（THEMIS SCIENCE NUGGETS）。太阳集团网址8722硕士研究生邓祥希为第一作者，袁志刚教授为通讯作者，太阳集团网址8722为第一署名/通讯单位，同时黄狮勇教授和姜奎博士后也参与了该研究。
偶极化锋面作为磁层动力学中的重要磁结构，标志着磁力线的快速重联与能量释放，在磁层亚暴的能量释放及传输过程中发挥着关键作用。它常作为爆发性等离子体流和能量输运的前沿，将磁尾中释放出的能量和粒子迅速传送至内磁层。寻找地向传播的磁尾偶极化锋面在传输过程中对磁层等离子体的加速机制及效应演化的观测证据，一直是地球磁层亚暴研究的关键课题。研究团队基于THEMIS卫星在磁尾依次排开的空间分布优势，发现了偶极化锋面传播至地球过程中，背后高能电子加速随锋面到达位置演化的关键证据，并利用理论模型对加速过程进行了量化分析。
基于THEMIS卫星观测，研究团队不仅捕捉到了偶极化锋面地向传播过程中背后电子加速的动态变化，还发现高能电子投掷角分布特征的逐步演化呈现明显的阶段性：最初表现为“薄饼”型分布，随后转变为“擀面杖”型，最后呈现出类似“雪茄”形的特征（如图1所示）。这一发现为我们提供了直观的观测证据，揭示了偶极化锋面背后电子在加速过程中的能量与投掷角分布的时间演化过程。此外，团队基于理论模型对偶极化锋面背后两种主要的加速机制——Betatron加速和Fermi加速进行了精细量化，厘清了不同机制对电子投掷角分布形态形成的具体影响（如图2所示）。通过对这两种机制对电子投掷角分布影响的深入研究，揭示了在不同空间位置和时刻，哪种加速机制起到了主导作用，并阐明了它们对最终形成观测到的电子分布形态的具体影响。该观测结果提供了磁尾偶极化锋面地向传输过程中，在磁尾偶极化锋面后电子加速的时间演化的关键证据。该研究受到国家自然科学基金委杰出青年科学基金、面上项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad711a，并入选美国THEMIS卫星计划科学金块成果（THEMIS SCIENCE NUGGETS）链接：https://themis.igpp.ucla.edu/nuggets/nuggets_2024/Deng_24/Deng_24.html
图1 偶极化锋面从磁尾传播到近地区域的示意图。图中展示了三颗卫星的位置及其对应的投掷角分布。
图2 能量电子的相空间密度（PSD）与投掷角的关系。实线表示观测结果，虚线表示拟合结果。
（通讯员余雄东、李荣）
