太阳风如何向地球传输质量、动量和能量，一直是空间天气研究领域的核心问题之一。地球磁场是保护人类免于太阳带电粒子辐射的第一道屏障——由于太阳风带电粒子不能横越磁力线运动，大部分的太阳风被挡在了地球磁层外面。然而，仍然有一部分太阳风带电粒子通过某些通道进入了地球磁层，成为磁层等离子体的重要组成部分。除了物质传输以外，太阳风还向地球磁层传输了能量和动量，驱动了地球空间的一些爆发现象，例如磁层亚暴等。

普遍认为，地球磁层极尖区是其中一个重要的传输通道，而且在行星际磁场南向和北向期间，其性质有明显不同。从上世纪70年代开始，人们就发现并研究了行星际磁场南向期间位于极尖区赤道侧的“进入层”，然而，在行星际磁场北向期间，这一区域一直没有被确定和研究。近年来，人们通过卫星资料越来越多的发现，在行星际磁场北向期间，太阳风进入磁层的粒子的数目，往往远高于行星际磁场南向时的情况，尤其在磁尾会形成一个冷而密的等离子体片。于是，开展行星际磁场北向期间高纬进入层的研究，十分的必要。

本工作利用ClusterII卫星研究了一个高纬磁层顶的穿越事件，在这个事件中，行星际磁场为北向。由于行星际条件的扰动，我们看到了Cluster卫星先后穿越了极尖区的所有4个边界。我们详细分析了向阳面高纬粒子捕获区和极尖区的边界（HLTR / Cusp boundary）以及高纬粒子捕获区和磁鞘的边界（HLTR / Sheath boundary），发现了在边界附近还存在着一个过渡区，我们认为这个过渡区就是行星际磁场北向期间的“进入层”。在这一层中，我们看到了磁层粒子和磁鞘粒子的混合，其磁力线闭合到地球两极，多次穿越还表明，其厚度从480公里到2200公里不等。与行星际磁场南向情况不同的是，这一过渡层中没有看到明显的耗散和湍动特性，反而在层与层之间常常看到台阶状（step-like）的特性，通过分析以上的特性，我们认为这一进入层是由行星际磁场北向情况下的高纬双重磁场重联（dual lobe reconnection，即南北半球高纬同时重联）所导致的。我们的结果支持了高纬双重磁场重联在太阳风传入磁层的过程中的重要作用这一观点，同时，我们的结果还表明，这次事件中相关的磁场重联过程并非是稳态的。

本工作主要由来自我中心、北京大学、美国航空航天局（NASA）、中科院空间中心、以及英国、法国等著名实验室的科学家合作完成。相关研究结果被美国著名期刊J. Geophys. Res.—Space Physics接收[Shi et al., 2009, JGR, 2009JA014475]。本研究得到了国家自然科学基金的支持。

相关工作链接：/news/ShowArticle.asp?ArticleID=258

图一：Cluster卫星同时穿越了高纬极尖区的4个边界的示意图。

图二： 过渡区的观测特性示例。区域1为极尖区，区域2为进入层。我们可以看到磁层粒子和磁鞘粒子的混合，层与层之间还常常看到台阶状（step-like）的特性。

图三： 利用我们独创的多点探测方法计算出来的边界的运动速度和方向，通过此结果，我们估计除了进入层的尺度。(具体计算方法参见：Shi et al , 2005，GRL,2005GL022454; Shi et al ,2006，GRL,2005GL025073;Shi et al., 2009, JGR, 2009JA014283.)

图四：中等能量的电子的分布，结合高能粒子的通量（这里未显示），表明本事例中行星际磁场北向时的进入层的磁力线是闭合的。