在地球磁层顶附近观测到的通量传输事件（flux transfer event，FTE），一般被认为是瞬态局域磁重联的产物，是太阳风质量、动量与能量进入地球磁层的重要通道。其典型表现为卫星观测的磁场强度突然增加，以及分量出现双极性变化。在卫星测量中，FTE的形态通常被描述为磁通绳（flux rope，FR），在磁层顶的尺度大小为几个地球半径的数量级，即磁流体力学尺度。

由于早先卫星数据的低时间分辨率，以往的研究很少能够深入研究更小尺度的磁通绳。磁层多尺度（Magnetospheric Multiscale，MMS）卫星计划为我们提供了研究更小尺度磁通绳特征的高精度数据。本项研究借助于MMS卫星高精度的电磁场数据，在磁鞘边界层区域中发现了一种新类型的小尺度磁通绳（kinetic-scale flux rope)，其尺度约为1个离子回旋半径（~85 km）。结构的轴向沿背景磁场，在垂直于轴的磁场分量中存在双极变化特征。强烈的场向电流扭曲了磁力线，形成了小尺度磁通绳。这种小尺度磁通绳周围被电流层所包裹，没有嵌入在电流片中，这不同于以往薄电流片中由磁重联产生的FTE与FR。

图1. （a-d）小尺度磁通绳磁场与电流三分量。（e）结构横截面上卫星穿越轨迹、电流层、磁场方向与梯度的示意图。

通过对磁通绳电子投掷角分布的分析，可以发现在结构内，90°投掷角附近的电子通量显著增加，其能量非常接近磁鞘电子能量，并补偿了磁通绳内被强磁场排斥出的电子，如图2所示。

图2. （a-n）电子投掷角分布。在磁通绳内部19-52 eV的能量范围内，可以明显发现90°投掷角处的能通量增强。图（o-q）进行了定量分析，可以发现这些增加的能通量与磁鞘电子温度（图p-q中灰色阴影）有非常好的符合关系。（s）不同能量电子的密度。可以看到15-50 eV处的电子密度没有下降，表明其被来自于磁鞘的电子所补偿。

这些观测表明，在磁通绳内部增加的90°投掷角的电子可能来自于磁鞘。它们从磁鞘边界层中磁力线的开放一侧进入地球磁层，在磁通绳内（强磁场区）遇到它们的镜像点，然后被反射回磁鞘。上述过程可以用图3的卡通图表示。本项研究说明，不同于以往将电子通量输运到地球的磁层顶磁通绳，此类磁通绳可以阻碍大投掷角的电子进入到地球磁层。该研究对于太阳风质量、动量与能量进入地球磁层的方式有重要意义。

图3. 磁鞘边界层处的小尺度磁通绳，阻碍较大投掷角的电子进入地球磁层的示意图。

本工作第一作者为山东大学空间科学研究院姚淑涛，通讯作者为史全岐，校内合作者还包括Degeling教授、田安民副教授、郭瑞龙教授等，合作者包括北航符慧山教授、中科院尧中华研究员等单位的科学家。作者感谢国家自然科学基金的支持。该研究结果：Kinetic-scale Flux Rope in the Magnetosheath Boundary Layer已于近期发表于The Astrophysical Journal，全文链接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab9620。