磁洞是一种空间中观测到的短时间内磁场降低的空间结构。目前在行星际太阳风，行星磁鞘，彗星附近，以及地球极尖区都观测到了磁洞。这些区域内的磁洞尺度可以有几个到几十个质子回旋半径。目前有很多关于磁洞产生机制的探讨，讨论最多的镜像模不稳定性。
最近我们利用Cluster和双星探测一号卫星在地球磁尾等离子体片内观测到了一种小尺度的磁洞结构。我们首先利用Cluster多颗卫星的观测证实这类位于等离子体片内的磁洞是空间结构。背景磁场Z分量大于X分量的磁洞所占的比率比随机选取的磁尾等离子体片的这类背景磁场的比率高的多(Figure 1)，说明这类磁洞与偶极化存在着密切的联系。
Figure 1.磁场俯仰角的分布，(a)Cluster观测到的磁洞; (b)TC-1观测到的磁洞; (c)随机选取的等离子体片穿越事件。
Figure 2.磁洞与电子能通量的分布。
我们的结果还显示，Cluster观测到的大部分磁洞是在镜像模稳定的环境中观测到的(Figure 3)。其特性不同于其它区域观测到的磁洞，我们的计算结果显示这类磁洞的尺度小于其背景的质子回旋半径，并且磁洞内部对应电子能通量在90°投掷角增强(Figure 2)。因此我们认为这类磁洞不是由镜像模不稳定性产生的，由于这类磁洞的电子特性比较明显，我们认为这类磁洞可能与某种电子不稳定性存在密切的联系。
Figure 3.Cluster观测到的磁洞背景的温度各向异性和β垂直分量的分布。R>1对应镜像模不稳定条件，R<1 对应的为镜像模稳定条件。大部分磁洞是在镜像模稳定的条件(r<1)下观测到的。
比较Cluster观测到的等离子体片内的磁洞和探测一号观测到的磁洞，我们发现，探测一号观测到的磁洞的平均尺度要大于Cluster卫星观测到的磁洞，其磁洞的Bmin/B(磁洞内部磁场最小值和磁洞背景磁场平均值的比值)小于Cluster卫星观测到的磁洞，而且Cluster和探测一号卫星观测到的磁洞背景等离子体流的方向大部分是地向的。因此我们认为探测一号卫星观测到的磁洞可能较Cluster卫星观测到的磁洞发展的充分。由于探测一号卫星比Cluster距离地球近，因此我们认为可能存在这样一个过程：位于Cluster轨道附近的磁洞随着等离子体流传播到了近地，在这一过程中磁洞得到了进一步的发展。
本工作主要由来自我中心、北京大学、英国卢瑟福实验室、英国伦敦大学以及其它英国法国实验室人员合作完成，相关结果已经被Annales Geophysicae接收(Sun W. J., Q. Q. Shi, S. Y. Fu, Z. Y. Pu, M. W. Dunlop, A. P. Walsh, Q. G. Zong, T. Xiao, C. L. Tang, H. Reme, C. Carr, E. Lucek, A. Fazakerley: Cluster and TC-1 observation of magnetic holes in the plasma sheet,Ann. Geophys., 30, 583-595, 2012 doi:10.5194/angeo-30-583-2012.)。本工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金以及空间天气学重点实验室开放课题的支持。
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