近日，我院符慧山教授及其研究生(赵明洁、于岳、王哲)提出了偶极化锋面产生高能电子的一个新理论。该理论认为：在偶极化锋面后存在一个磁瓶，磁瓶的瓶颈固定不变，而瓶身则随时间变化；当瓶身膨胀时，高能电子被约束在磁瓶内；当瓶身收缩时，高能电子被排挤出磁瓶。这项理论挑战了传统的betatron加速机制，并能完美解释偶极化锋面后存在(或不存在)高能电子的现象。成果以“A New Theory for Energetic Electron Generation Behind Dipolarization Front”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，并当选为当期的封面论文（图一）。

图一 GRL期刊封面

偶极化锋面是地球磁尾的一个瞬态结构，其观测特征为磁场南北分量的急剧增强和等离子体流的爆发。在偶极化锋面领域长期存在的一个研究难题是：为什么有的锋面后存在高能电子(约50%)，而有的锋面后则没有高能电子(约50%)？传统的理论解释是betatron加速和费米加速。然而这种理论只能解释偶极化锋面后出现高能电子的情况，而不能解释锋面后缺失高能电子的原因，导致这一问题困扰了空间物理学家很多年。

借助于美国宇航局MMS卫星的观测数据，符慧山教授课题组巧妙的解决了这一难题。他们在同一个锋面后既发现了高能电子产生，也发现了高能电子缺失，并发现高能电子的产生对应于磁场增强，而高能电子的缺失对应于磁场减弱（图二）。这一观测现象与betatron加速机制相矛盾，挑战了传统的理论。基于这一观测现象，符慧山教授提出理论认为：偶极化锋面后存在一个时变的磁瓶，当瓶身膨胀(磁场减弱)时，高能电子被约束在磁瓶内；当瓶身收缩(磁场增强)时，高能电子被排挤出磁瓶并消失。

这一理论能够完美解释偶极化锋面后产生高能电子和缺失高能电子的现象。同时，该理论十分有趣，它就像于一个美食爱好者：当肚子变大时，他能吃下大量食物；当肚子变小时，他只能吃下少量食物。

图二 偶极化锋面后高能电子的产生和缺失

地球物理研究快报(Geophysical Research Letters)是空间物理学领域的著名学术期刊，为“自然指数”期刊，由美国地球物理学会(AGU)于1974年创办。主要发表空间物理学、固体地球物理学、大气科学、气候学、海洋学、水文与地表、冰冻圈等领域的最新研究成果。

该研究工作受到国家自然科学基金创新研究群体、重点项目、面上项目的支持。

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