磁洞是空間电浆中的一種重要結構，其磁場强度有明顯的下降。早在1977年由Turner等人在太陽風中發現，持續時間大約為幾十秒，其中磁場旋轉角度較小的磁洞被稱為線性磁洞。除了小尺度的磁洞結構，還有持續時間大約為幾十分鐘的大尺度磁洞，我們在論文中稱之為宏觀磁洞（MMH）。宏觀磁洞的起源問題一直沒有得到解决，目前有兩種較為流行的猜測。其中一種說法根據宏觀磁洞的觀測特徵，認為可能是衛星撞到了彎曲的日球層电浆片（HPS）。HPS是在日球層電流片（HCS）周圍的电浆結構，具有密度明顯增强、磁場强度下降、电浆β值增大等特徵，厚度大約為HCS的20–30倍。另一種說法認為宏觀磁洞可能是由很多線性磁洞聚集在一起形成的。
Parker Solar Probe（PSP）衛星在2018年8月發射升空，將抵近太陽對太陽風進行量測。與其他衛星的成像觀測結合，PSP提供了研究太陽風結構的前所未有的機會。空間中心空間天氣學國家重點實驗室劉潁研究員課題組結合STEREO A衛星的遙感成像數據和PSP衛星的就地觀測數據，對宏觀磁洞的起源和特徵做了詳細的個案研究和統計分析。
課題組詳細研究了2020年1月30日的宏觀磁洞事件。PSP衛星就地觀測資料表明（圖1），宏觀磁洞內部的總磁場强度减小，徑向磁場减小並且極性發生改變，徑向速度和質子β值增大，這些特徵與HCS穿越事件的觀測特徵很相似，但是穿越宏觀磁洞前後超熱電子投擲角分佈（PAD）和徑向磁場的極性沒有改變。根據STEREO A日冕儀成像數據（圖2），PSP衛星在觀測到宏觀磁洞時恰好位於冕流的下邊緣。囙此他們推測，宏觀磁洞產生的原因是PSP掠過了HPS但是最終又回到了原來的太陽風扇區。上述結果說明，HCS存在局部的波動或漣漪，導致衛星短暫接近HCS。
課題組從PSP前四個軌道數據中鑒定出17個宏觀磁洞事件，對其進行統計分析，給出了宏觀磁洞的統計特徵，並估算了HCS波動或漣漪的尺度。其統計特徵為：（1）宏觀磁洞的持續時間大概為幾十分鐘，並且持續時間和衛星的日心距無關；（2）宏觀磁洞內部總磁場强度比周圍太陽風低很多，但电浆密度、徑向速度和質子β值通常情况下是增大的；（3）在宏觀磁洞前後磁場極性是一致的，但在宏觀磁洞內部徑向磁場的方向會多次發生改變。其徑向速度新增有可能是由HCS中磁重聯導致的，Phan等人（2020）認為，HCS中徑向速度的增大和减小分別代表著背離太陽和朝向太陽的重聯出流。有趣的是，在鑒定出的大多數宏觀磁洞事件中其徑向速度是增大的，所以將徑向速度增大作為了宏觀磁洞的一個特徵。最後課題組利用勢場-源面（PFSS）和磁流體動力學模型，估算了HCS波動或漣漪的徑向平均尺度和垂直方向的平均尺度（下限，也就是在宏觀磁洞期間PSP衛星與HCS之間的垂直距離），分別為2和10個太陽半徑。
他們推測，造成HCS這種波動或者漣漪的原因可能是冕流底部的閉合磁力線和周圍開放磁力線發生重聯，導致了HCS和冕流的動態變化；也可能是光球上磁浮現或擾動導致了磁場比特形的變化，這種變化最終反映到HCS上。這兩種過程都可以產生擾動並沿著HCS傳播，造成HCS的波動或者漣漪。
另外，沿著HCS傳播的电浆塊也可能會造成HCS的波動或漣漪。Sanchez-Diaz等人（2019）和Lavraud等人（2020）提出，太陽風扇形邊界中包含著交替的、沿HCS向外傳播的电浆塊（plasma blob）和磁流繩（flux rope）。根據他們描述的衛星穿越情况，PSP也可能是穿越了电浆塊，這和衛星撞到HCS波動或漣漪的情况有相似的地方。但是也有很明顯的區別，他們描述的是完整的HCS穿越情况，而宏觀磁洞是部分穿越，也就是說，穿越宏觀磁洞前後超熱電子PAD的方向沒有發生變化，磁場的極性也沒有變化；另外，在宏觀磁洞附近也沒有發現磁流繩結構。
論文發表於The Astrophysical Journal，第一作者為研究生陳沖。研究結果對於理解HCS的動力學過程、以及太陽風結構的起源和演化具有重要意義。
Citation: Chong Chen，Ying D. Liu*，and Huidong Hu，Macro Magnetic Holes Caused by Ripples in Heliospheric Current Sheet from Coordinated Imaging and Parker Solar Probe Observations，2021，The Astrophysical Journal，192，15
（https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac1b2b）
圖1:2020年11月30日PSP觀測數據，兩條虛線標記出宏觀磁洞的範圍。
圖2:STEREO A衛星日冕儀影像和PFSS日冕磁場重構。黑色直線代表觀測到的宏觀磁洞期間PSP衛星的位置角。