意昂体育平台地球與空間科學學院宗秋剛教授（通訊作者）、博士生劉晗（第一作者）🚷、何建森研究員，周煦之研究員和物理學院肖池階研究員等人組成的研究團隊，利用一種創新的“電子回旋各向異性”作為度量太空等離子體磁洞邊界的方法📃📄，揭示了空間等離子體物理中電子尺度磁洞的幾何形態和產生機製👩🏽‍💼，相關成果以“MMS observations of electron scale magnetic cavity embedded in proton scale magnetic cavity（MMS衛星觀測到的嵌入質子磁洞的電子磁洞）”為題，發表於國際學術期刊Nature Communications（《自然.通訊》）。

用“電子回旋遙測”方法解析磁洞結構的原理示意

如果攪動一杯咖啡，我們能觀察到液體中的漩渦🧙🏿‍♂️🍋，具有凹陷的液面🦆、旋轉的水流🛴。如果被攪動的是宇宙中的主要物質形態——等離子體💊，那麽漩渦會是什麽樣？這便是宗秋剛團隊研究的問題。“電子尺度磁洞”就是這樣一種廣泛存在於等離子體中的小尺度渦旋。在由電離的離子和電子組成的等離子體中，電子尺度磁洞是一種抗磁結構，電子會像攪動的咖啡一樣“打轉”🏋🏻‍♂️，並造成中心處磁場的下降。

近年來👉🏻，關於電子尺度磁洞的研究是空間等離子體小尺度結構研究領域的一個熱點。人們發現👨🏼‍✈️，這種結構的產生與湍動中的能量耗散有密切關聯👦🏻。然而，由於其全貌難以通過衛星實地觀測而得到💵🔤，人們一直未能直接測量這種結構的幾何形態和空間分布。研究團隊另辟蹊徑👨🏽，創新地使用了“電子回旋各向異性”作為度量太空等離子體磁洞邊界的方法，利用NASA的“磁層多尺度任務”(Magnetospheric Multiscale,MMS)衛星提供的高精度數據，將電子密度分布變為一種“探測器”，通過持續的遙測首次直接獲得了結構的邊界形狀和分布。研究結果顯示，電子尺度磁洞在垂直磁力線方向的截面為圓形，並且有很好的旋轉對稱性→。

研究團隊還發現👨🏽‍✈️👱‍♀️，電子尺度磁洞是一種相對穩定的抗磁結構⬆️，且觀測到的該結構嵌入在質子尺度磁洞中，因此可能與質子尺度抗磁結構存在聯系🫴🏽。這些研究成果有助於人們最終理解等離子體湍動中能量輸運與耗散的機製，並最終在磁約束等關鍵技術領域取得突破💆‍♀️💟。“電子回旋遙測”方法作為一種創新方法，還有望在更多特定的小尺度結構研究中得到應用🤦🏽。

文章信息：

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)