近日，前沿交叉科学青岛研究院空间天文物理融合研究中心在地球磁尾反偶极化锋面驱动高能电子加速的研究方面取得重要进展。研究成果以“Energetic Electron Acceleration at Anti-Dipolarization Front within the Magnetotail Reconnection Diffusion Region”为题，发表在空间物理国际期刊Journal of Geophysical Research: Space Physics上。山东大学博士后马文青为论文第一作者，合作导师朱辉教授与南昌大学钟志宏研究员为论文共同通讯作者，山东大学为第一完成单位。

高能电子广泛存在于地球空间的等离子体环境中，而高能电子如何产生则是空间物理学与天体物理学中长期存在的重要科学问题。磁场重联是等离子体环境中将磁能转化为粒子能量的一种基本物理过程，被认为是地球磁尾中高能电子加速的主要因素。反偶极化锋面是在地球磁尾的磁场重联过程中形成的一种重要磁结构，被认为是磁尾重联能量转换的关键场所，但目前尚不清楚反偶极化锋面加速高能电子的具体机制。

该研究利用高精度的磁层多尺度卫星数据，在地球磁尾的磁场重联区域观测到了一个反偶极化锋面事件。高精度的电磁场和等离子体数据分析表明，该事件由两个连续的反偶极化锋面组成，位于磁尾重联的离子扩散区。该反偶极化锋面事件应该处于初期形成的阶段，却显示出远高于背景水平的高能电子通量，这表明该反偶极化锋面事件能够产生大量高能电子。高能电子通量增强现象位于两个反偶极化锋面之间，由于两个反偶极化锋面的相互作用，该区域的磁力线收缩，有助于促进Fermi加速。课题组成员对该区域的电子加速率进行了量化分析，证实了Fermi加速主导了局地的能量转换。此外，该区域高能电子的投掷角分布表明：双向平行电场导致的平行电势与两个反偶极化锋面间形成的磁镜可以进一步有效地捕获高能电子，促进该区域的Fermi加速；随着电子能量的增加，平行电势无法再限制高能电子，场向高能电子逃逸，形成高能电子平行-全向-垂直的投掷角分布变化。该研究的发现为空间等离子体中高能电子的产生机制提供了新的见解，有助于更好地理解磁层中的粒子加速过程。

朱辉教授长期致力于磁层中波粒相互作用、辐射带电子演化以及等离子体波动特性研究，该系列研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和山东大学杰出中青年基金联合支持。

原文链接：https://doi.org/10.1029/2025JA034376

图1. MMS卫星观测到的反偶极化锋面事件概览

图2. MMS卫星穿越轨迹与反偶极化锋面加速高能电子的示意图