磁层和近地太阳风里小尺度磁结构的观测研究

The project will investigate the properties, formation mechanisms and related effects of the small size magnetic structures (SSMSs) (e.g. magnetic holes and magnetic peaks) in the terrestrial space (include the magnetosphere, magnetosheath and solar wind at 1AU). Various kinds of available multi-satellite techniques (include the methods we presented earlier) will be used. The project mainly studies the following aspects: 1. Statistically study the occurrence rate, 3-D characters and plasma features of the SSMS, and study their variation with the time, background environments, solar wind parameters and solar activities. 2. Explore the nature and source of the SSMSs in different space regions. 3. Obtain the propagation velocity, current distributions and other features of the SSMSs by using multi-satellite techniques. Combining with the theoretical analysis, we will explore the possible formation mechanisms of the SSMSs, and analysis their relation with the magnetic storm, substorm, turbulence and magnetic reconnection. Investigate the relation between the generation of the SSMSs and the heating and acceleration of the solar wind plasma and capture and transportation of the magnetosphere particle. Explore the possible effect of the SSMSs to the magnetosphere. This project, hold promise not only to reveal the unique characters of the SSMSs itself, but also to be of great significance on the basic physics questions, e.g. the solar wind plasma heating and acceleration, the magnetic field reconnection, the nonlinear wave, the plasma instability and the response of the magnetosphere.

本项目将利用MMS卫星的数据，采用现有的（包括我们之前创立的）各种多点探测数据分析方法，研究近地空间中（包括地球磁层、磁鞘和1AU附近的太阳风中）的小尺度磁结构（磁洞，磁峰等）的性质、形成机制以及相关的效应。研究内容包括：1. 统计小度磁结构的出现率及其三维结构和等离子体特性，研究其随时间、背景环境、太阳风参数和太阳活动的变化；2. 探索不同空间区域中的小尺度磁结构的性质和来源；3. 通过多点探测计算小尺度磁结构的传播速度、电流分布等性质，结合理论分析探索其可能的物理机制，分析其与磁暴、亚暴、湍流、重联等过程之间的联系，探索其形成与太阳风等离子体加热加速、磁层等离子体捕获和传输之间可能的关系，并探索这些结构对磁层可能的影响。本研究不仅有望揭示小尺度磁结构本身独特的性质，而且在反映太阳风加速加热、磁场重联、非线性波和不稳定性等基本物理问题以及磁层对其响应等问题上，也具有重要的科学意义。

本项目主题是研究磁层和近地太阳风里的小尺度磁结构，首先我们统计了小尺度磁结构的出现率及其三维结构和等离子体特性，研究了其随时间、背景环境、太阳风参数和太阳活动的变化；其次，我们已经开始探索不同空间区域中的小尺度磁结构的性质和来源；最后，我们通过多点探测计算小尺度磁结构的传播速度、电流分布等性质，结合理论分析了其可能的物理机制及其与湍流、重联等过程之间的联系，分析了其形成与太阳风等离子体加热加速、磁层等离子体捕获和传输之间可能的关系，并讨论了这些结构对磁层可能的影响。负责人2018年获得了中国地球物理学会的傅承义青年科技奖、山东省自然科学二等奖（排名第一），2018年被《中国科学》评为优秀审稿人。项目执行期间，标注本项目发表和接收SCI文章20篇、EI论文1篇、专著1篇，其中一作/通讯SCI论文16篇，共有13篇发表在Space science review、GRL、JGR、APJL、APJ等业内重要刊物上。在本项目支持下，培养博士毕业生4名，硕士毕业生3名。