地空学院周煦之与宗秋刚团队对太空中嵌套磁洞的观测与重构的研究成果发表于国际学术期刊Nature Communications（《自然-通讯》）
北京大学地球与空间科学学院周煦之�宗秋刚教授和李京��杨帆同学等人组成的研究团队通过构建自洽�等离子体平衡态模型，�太空中观测到的嵌套型磁洞进行�动理学重���模型与观测结�高度一�，证�了磁���稳定的抗磁结构，�磁场强度的下�源自��束缚�等离子体�这一工作为理解太空中磁洞的形成及其在空间等离子体湍流过程中的作用提供了新的启示�相关成果以�Self-consistent kinetic model of nested electron- and ion-scale magnetic cavities in space plasmas�空间等离子体中嵌套电�-离子尺度磁洞的自洽动�学模�）”为题，发表于国际学术期刊Nature Communications（《自�-通讯》）�
图一：卫星观测（左）�平衡�磁洞模型（右��对比
�宇宙空间�，绝大部分物质呈现等离子体态，即由等量的自�电子�带电正离子所组成�物质状态。它�别于���液体和气���被称�物质�第四种状��在等离子体中，带电粒子之�的相互作用主要通过长程�库仑�进行，因此其行为与依靠碰撞等短程作用的气�分子行为不同，呈��强烈的集体效�。同��由于带电粒子的运��形成电流并产生磁场，或通过电荷的局地集中产生电场，因此等离子体与电磁场环境之间存在着紧密�耦合关系�尽管等离子体的行为仍��流体力学框架下被近似描述，但电磁�的出�极大丰富�等离子体�各种波动和湍流的性质�
近年的卫星观�显示，空间等离子体中存在着大量尺度不一（电子回旋半�或离子回旋半径尺度）的弱磁场区域，即所谓的磁洞结构��磁洞中，磁场的下�一�是准对称的，它们被认�源于电子或离子涡旋所携带的环状电流，而这些涡�的形成则与等离子体湍流过程密切相关�然��由于卫星局�观测的限制，人们难以对这种结构的全貌进行分析，也因�一��能在等离子体理论框架下建立起一套可与观测进行对比的自洽模型。研究团队从弗拉索夫-麦克斯韦方程组出发，�考虑了电子的绝热运动和等离子体的准中性条件，求解出磁洞的动理学平衡态模型。该模型与实验室等离子体中常见的角向箍缩结构具有相似的位彀模�自洽的给出了电磁�和等离子体的空间分布以及带电粒子的速度分布，且它们均与美国宇航局MMS卫星的观测极为接近（见图一��图二�给出了这个嵌�型磁洞在质子回旋和电子回旋两个尺度下的磁场分布截靀�
图二：磁洞在质子回旋（左）与电子回旋尺度（右�上的磁场分布
该论文两�共同第一作�为地空学院博士研究生李京寰、杨�，通讯作者为周煦��宗秋刚�该文章的共同作�还包括地空学院何建森、濮祖荫教授，物理学院肖池阶教授，以及山东大学�中国国家空间科学中心�美国加州大学洛杉矶分校、加拿大阿尔伯塔大学等国内外多个机构的研究人员�该项工作获得�国家自然科学基金委的资助�
文章信息�
Li, J.-H., Yang, F., Zhou, X.-Z., Zong, Q.-G., Artemyev, A. V., Rankin, R., Shi, Q., Yao, S., Liu, H., He, J., Pu, Z., Xiao, C., Liu, J., Pollock, C., Le, G., and Burch, J. L., Self-consistent Kinetic model of nested electron- and ion-scale magnetic cavities in space plasmas, Nature Communications, doi:10.1038/s41467-020-19442-0, 2020.