Magnetotail plasma eruptions driven by magnetic reconnection and kinetic instabilities
Magnetotail plasma eruptions driven by magnetic reconnection and kinetic instabilities
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磁重联和动力学不稳定性驱动的磁尾等离子体喷发
DOI：
10.1038/s41561-023-01206-2
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发表时间：
2023
影响因子：
18.3
通讯作者：
Battarbee, Markus
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Palmroth, Minna;Pulkkinen, Tuija I.;Ganse, Urs;Pfau-Kempf, Yann;Koskela, Tuomas;Zaitsev, Ivan;Alho, Markku;Cozzani, Giulia;Turc, Lucile;Battarbee, Markus
快速等离子体喷发会在地球磁层、太阳和其他行星上爆炸性地释放能量。在地球上，这些被称为等离子团的喷发发生在磁层的夜间，并与极光的突然变亮有关。导致等离子体团的一系列事件是空间物理学中长期悬而未决的问题之一。人们提出了两种相互竞争的范式来解释事件的进程。第一个断言磁重联改变了尾部的磁拓扑，将磁层的一部分切断为等离子体团。第二种利用动力学不稳定性，首先破坏支撑磁尾的电流片并发射波，触发拓扑变化以喷射等离子体团。在这里，我们使用一个模型在现实尺度上对地球磁层进行数值模拟，该模型捕获了这两种范式背后的物理原理。我们表明，磁重联和动力学不稳定性都是诱导磁尾全局拓扑重构所必需的，从而结合了看似矛盾的范式。我们的结果有助于了解等离子体喷发是如何发生的，指导航天器星座任务设计以在观测中捕获这些喷射，并通过提高等离子体团的可预测性来增进对空间天气的了解。
Rapid plasma eruptions explosively release energy within Earth’s magnetosphere, at the Sun and at other planets. At Earth, these eruptions, termed plasmoids, occur in the magnetospheric nightside and are associated with sudden brightening of the aurora. The chain of events leading to the plasmoid is one of the longest-standing unresolved questions in space physics. Two competing paradigms have been proposed to explain the course of events. The first asserts that magnetic reconnection changes the magnetic topology in the tail, severing a part of the magnetosphere as plasmoid. The second employs kinetic instabilities that first disrupt the current sheet supporting the magnetotail and launch waves that trigger the topological change to eject the plasmoid. Here we numerically simulate Earth’s magnetosphere at realistic scales using a model that captures the physics underlying both paradigms. We show that both magnetic reconnection and kinetic instabilities are required to induce a global topological reconfiguration of the magnetotail, thereby combining the seemingly contradictory paradigms. Our results help to understand how plasma eruptions may take place, guide spacecraft constellation mission design to capture these ejections in observations and lead to improved understanding of space weather by improving the predictability of the plasmoids.
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DOI：
10.1002/2015ja021526
发表时间：
2015-04
期刊：
Journal of Geophysical Research: Space Physics
影响因子：
--
作者：
M. Palmroth;M. Archer;R. Vainio;H. Hietala;Y. Pfau‐Kempf;S. Hoilijoki;O. Hannuksela;U. Ganse;A. Sandroos;S. Alfthan;J. Eastwood
通讯作者：
M. Palmroth;M. Archer;R. Vainio;H. Hietala;Y. Pfau‐Kempf;S. Hoilijoki;O. Hannuksela;U. Ganse;A. Sandroos;S. Alfthan;J. Eastwood
影响因子：
--
作者：
G. Lapenta;J. Brackbill
通讯作者：
G. Lapenta;J. Brackbill
DOI：
10.1007/bf02711653
发表时间：
1968-06
期刊：
Il Nuovo Cimento B (1965-1970)
影响因子：
--
作者：
M. Dobrowolny
通讯作者：
M. Dobrowolny
风暴时间中央等离子体片
影响因子：
1.9
作者：
R. Schödel;K. Dierschke;Wolfgang Baumjohann;R. Nakamura;T. Mukai
通讯作者：
T. Mukai
影响因子：
2.8
作者：
Rae, I. J.;Watt, C. E. J.;Angelopoulos, V.
通讯作者：
Angelopoulos, V.