場(chǎng)向電子是指沿磁力線運(yùn)動(dòng)的電子流，是場(chǎng)向電流的主要載體，在空間等離子體動(dòng)力學(xué)過程中起著非常關(guān)鍵的作用。極區(qū)場(chǎng)向電子研究對(duì)于認(rèn)識(shí)太陽(yáng)風(fēng)-磁層相互作用以及電離層-磁層耦合有著重要的科學(xué)意義。由于受衛(wèi)星軌道的限制，以前對(duì)地球極區(qū)場(chǎng)向電子的特性、分布和動(dòng)力學(xué)過程還缺乏全面的認(rèn)識(shí)。

最近，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室史建魁研究員、張子迎博士和程征偉副研究員等以及國(guó)際合作者利用Cluster衛(wèi)星2003-2004年期間的觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究了地球極區(qū)上空?qǐng)鱿螂娮拥奶匦院头植继卣?。這一研究工作與以往他人研究的不同之處在于，區(qū)分了地球的南北極，電子的上下行，研究了LT 00：00-24：00全地方時(shí)的分布，取得了非常有意義的重要研究成果。

主要研究結(jié)果為：（1）極區(qū)場(chǎng)向電子事件持續(xù)時(shí)間范圍為4~475s。這打破了以往研究發(fā)現(xiàn)最大僅為幾十秒的認(rèn)識(shí)。（2）在南北半球場(chǎng)向電子主要沿極光帶分布且呈雙峰結(jié)構(gòu)，主峰位于極尖區(qū)偏晨側(cè)（0700-1500MLT），次峰位于午夜前的極光帶上（2100-2300MLT）。而前人的研究則認(rèn)為只有一個(gè)峰或沒有區(qū)分南北半球。（3）南北半球極尖區(qū)觀測(cè)到的場(chǎng)向電子事件數(shù)基本相同，但在南半球下行事件明顯居多，北半球上行事件明顯居多；南半球場(chǎng)向電子主要分布在較高的高度范圍和較低緯度范圍。（4）在南半球，下行場(chǎng)向電子事件在較高緯度范圍有另一集中，可能與極區(qū)NBZ電流有關(guān)。這些說明極區(qū)的場(chǎng)向電子分布具有顯著的南北半球不對(duì)稱性，是一個(gè)全新的研究結(jié)果。進(jìn)一步分析認(rèn)為：日側(cè)的極區(qū)場(chǎng)向電子分布主峰與太陽(yáng)風(fēng)粒子直接相關(guān)，夜側(cè)的與地球磁尾的活動(dòng)直接相關(guān)；極尖區(qū)的場(chǎng)向電子主要來自太陽(yáng)風(fēng)和電離層；南北半球不對(duì)稱性主要由太陽(yáng)風(fēng)流向和磁層結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性引起，行星際磁場(chǎng)IMF的不對(duì)稱性以及兩半球電離層電導(dǎo)率的差異，也是引起極區(qū)場(chǎng)向電子南北半球分布不對(duì)稱的原因。

以上研究結(jié)果發(fā)表在美國(guó)地球物理學(xué)會(huì)（AGU）學(xué)術(shù)期刊Journal of Geophysical Research上。相關(guān)論文：

Shi J, Zhang Z, Torkar K, Cheng Z, Escoubet P, et al, (2019). South‐north hemispheric asymmetry of the FAE distribution around the cusp region: Cluster observation. JGR, 124. https://doi.org/10.1029/2019JA026582

Shi J, Zhang Z, Torkar K, Cheng Z, Farzakeley A, et al, (2017). Distribution of field-aligned electron events in the high-altitude polar region: Cluster observations. JGR, 122. https://doi.org/10.1002/2017JA024360

圖1. 南北半球極區(qū)上下行場(chǎng)向電子事件沿磁地方時(shí)的雙峰分布

圖2. 南北半球極尖區(qū)上下行場(chǎng)向電子事件沿高度的分布

圖3. 南北半球極尖區(qū)上下行場(chǎng)向電子事件沿不變量緯度的分布 

（供稿：天氣室）