实验室博士生陈祖政首次在电子扩散区观测到磁通量管
近日，实验室符慧山教授及其博士研究生陈祖政首次在磁重联电子扩散区中观测到磁通量管，重构了该磁通量管的磁拓扑结构，研究了其中的电子分布函数、能量耗散过程、以及电场结构。该成果以“First Observation of Magnetic Flux Rope Inside Electron Diffusion Region”为题发表于空间物理学领域的著名期刊《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)上（图一）。博士研究生陈祖政为论文的第一作者，符慧山教授为第二作者兼通讯作者。
磁重联是空间等离子体、天体等离子体、和实验室等离子体中的基本过程之一，可以快速地把磁能转化成等离子体的能量，因此被认为是造成太阳耀斑、日冕物质抛射、和磁层亚暴等空间爆发性现象和实验室聚变实验中止的原因。磁重联起源于电子扩散区，在这里电子磁冻结被破坏，还会发生强烈的能量耗散，研究电子扩散区可以回答磁重联是怎么起始的这一关键问题。磁重联可以改变磁场结构，产生磁通量管等磁场瞬态结构。计算机模拟表明大部分的磁通量管是在电子扩散区中自发产生的，它们演化到一定程度会被喷射出电子扩散区。磁通量管的演化和相互作用会引起湍流，会反作用于磁重联过程，例如引起重联率的增加和产生更小尺度的磁重联。除此之外，磁通量管对磁重联过程中的电子加速和加热过程贡献也很大。
无论是在空间等离子体还是实验室等离子体中，以往对于磁通量管的观测研究主要集中在电子扩散区外的区域，例如离子扩散区和出流区，但是还没有对于电子扩散区中的磁通量管的观测研究。这主要是以下两个原因造成的：（1）电子扩散区中的磁通量管的尺度只有电子惯性尺度，（2）缺少高精度的观测数据。
地球磁尾的电子惯性尺度较大，约为20 km，是一个研究电子扩散区中电子尺度结构的天然实验室。美国宇航局发射的MMS卫星计划的主要科学目标是研究电子扩散区中的动力学过程，搭载了高精度的电磁场和等离子体测量仪，并且经常穿越地球磁尾并观测到磁重联事件。因此MMS卫星为我们提供了很好的研究电子扩散区中磁通量管的机会。
符慧山教授课题组利用MMS卫星计划在地球磁尾的一个磁重联电子扩散区中观测到了一个磁通量管，该磁通量管的尺度约为27.5 de×4.8 de，正在向远离X-line的方向运动。该磁通量管可以调制电子扩散区中的电场结构。在这个电子尺度的磁通量管中，能量耗散和“新月形”电子分布也被观测到了。除此之外，我们还利用符慧山教授开发的FOTE方法重构了该磁通量管的磁场拓扑结构（图二），进一步提供了坚实的观测证据。这个电子尺度的磁通量管的研究表明在电子扩散区中可能存在电子尺度的湍流和多个X-lines。我们的研究促进了人们对于电子扩散区中电子尺度过程和处于演化初始状态的磁通量管的理解。
该工作受到了国家自然科学基金委创新群体项目的资助。