高速等离子体流作为能量和物质传输的主要途径，广泛存在于地球磁层、太阳风和行星等离子体环境中。地球磁尾作为太阳风-磁层耦合的关键区域，其储存的物质和能量向近地空间输运是引发空间天气爆发性过程的主要原因。在这个过程中，磁场重联加速产生的高速离子流是磁尾等离子体和磁能输运的主要媒介，过往的卫星观测和数值模拟已对高速离子流的产生、演化和作用开展了大量研究，形成了较为全面的认识。然而，对于等离子体中另一个主要粒子——电子，其在磁尾中的整体性加速过程、分布特征及作用尚不清楚。

2015年3月，美国NASA发射了磁层多尺度任务卫星（Magnetospheric Multiscale, MMS，如图1左图所示）任务，该任务由四颗完全相同的卫星组成，以正四面体位形飞行，并携带了多台高精度探测载荷，能够提供极高精度（30毫秒）的电子三维相空间观测数据，首次实现了空间中电子尺度物理过程的精细探测。MMS从2015年9月正式运行至今，已经在轨稳定探测近十年，采集了海量的高质量观测数据，为研究磁尾高速电子流的统计特征提供了难得的机会。

图1.MMS卫星概念图（左图）和高速电子流晨昏不对称性特征（右图）。

基于MMS的磁尾探测数据，空间中心太阳活动与空间天气全国重点实验室的研究团队，联合瑞典空间物理研究所、南方科技大学等国内外多个研究机构的学者，对地球磁尾的高速电子流开展了系统性的搜寻，详细分析了其参数统计特征、磁尾空间分布规律、晨昏不对称性和与重联的关联性。研究人员发现磁尾高速电子流空间分布呈现出显著的晨昏不对称性特征，其中约70%的事例分布在地球昏侧（如图1右图所示），这一特征与磁尾重联相关的结构和物理过程的空间分布特征一致，说明磁尾高速电子流与磁场重联密切相关。高速电子流可以广泛地在磁尾的三个典型区域——等离子体片、等离子体片边界层和尾瓣区中观测到，然而不同区域中高速电子流相对当地磁场的运动特征呈现显著差异（如图2左图所示）。在等离子体片内，高速电子流可沿着与当地磁场任意方向运动，而在等离子体片边界层和尾瓣区中，高速电子流主要沿着当地磁场运动。这与重联电流片和分离线中电子主要过程相对应，表明重联过程是高速电子流形成的主要机制（如图2右图所示）。

图2.左图为高速电子流在磁尾等离子体片、等离子体片边界层和尾瓣区的运动特征。右图为磁尾等离子体片（红色）、等离子体片边界层（黑色）和尾瓣区（绿色）中观测到的典型高速电子流事例与重联过程的对应关系。

该研究首次获得了地球磁尾高速电子流的统计特征，揭示了其与重联的密切联系，加深了对无碰撞等离子体环境中电子动理学过程的认识。该研究成果以‘High-speed electron flows in the Earth magnetotail’为题发表于美国地球物理学会AGU期刊AGU Advances，论文第一作者为实验室刘会杰博士研究生，通讯作者为李文亚研究员和唐斌斌研究员。同时，该工作被期刊编辑选为亮点研究在AGU新闻期刊Eos予以报道。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中国科学院、国家航天局、挪威研究委员会和瑞典国家航空局等的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1029/2024AV001549