Abstract Mercury possesses a miniature yet dynamic magnetosphere driven primarily by magnetic reconnection occurring regularly at the magnetopause and in the magnetotail. Using the newly developed Magnetohydrodynamics with Adaptively Embedded Particle‐in‐Cell (MHD‐AEPIC) model coupled with planetary interior, we have performed a series of global simulations with a range of upstream conditions to study in detail the kinetic signatures, asymmetries, and flux transfer events (FTEs) associated with Mercury's dayside magnetopause reconnection. By treating both ions and electrons kinetically, the embedded PIC model reveals crescent‐shaped phase‐space distributions near reconnection sites, counter‐streaming ion populations in the cusp region, and temperature anisotropies within FTEs. A novel metric and algorithm are developed to automatically identify reconnection X‐lines in our 3D simulations. The spatial distribution of reconnection sites as modeled by the PIC code exhibits notable dawn‐dusk asymmetries, likely due to such kinetic effects as X‐line spreading and Hall effects. Across all simulations, simulated FTEs occur quasi‐periodically every 4–9 s. The properties of simulated FTEs show clear dependencies on the upstream solar wind Alfvénic Mach number (M A ) and the interplanetary magnetic field orientation, consistent with MESSENGER observations and previous Hall‐MHD simulations. FTEs formed in our MHD‐AEPIC model tend to carry a large amount of open flux, contributing ∼3%–36% of the total open flux generated at the dayside. Taken together, our MHD‐AEPIC simulations provide new insights into the kinetic processes associated with Mercury's magnetopause reconnection that should prove useful for interpreting spacecraft observations, such as those from MESSENGER and BepiColombo.

Abstract This study investigates the escape of Mercury's sodium‐group ions (Na + ‐group, including ions with m/q from 21 to 30 amu/e) and their dependence on true anomaly angle (TAA), that is, Mercury's orbital phase around the Sun, using measurements from MESSENGER. The measurements are categorized into solar wind, magnetosheath, and magnetosphere, and further divided into four TAA intervals. Na + ‐group ions form escape plumes in the solar wind and magnetosheath, with higher fluxes along the solar wind's motional electric field. The total escape rates vary from 0.2 to 1 × 10 25 atoms/s with the magnetosheath being the main escaping region. These rates exhibit a TAA dependence, peaking near the perihelion and similar during Mercury's remaining orbit. Despite Mercury's tenuous exosphere, Na + ‐group ions escape rate is comparable to other inner planets. This can be attributed to several processes, including that Na + ‐group ions may include several ion species, efficient photoionization frequency for elements within Na‐group, etc.

Abstract Using a two‐way coupled magnetohydrodynamics with embedded kinetic physics model, we perform a substorm event simulation to study electron velocity distribution functions (VDFs) evolution associated with Bursty Bulk Flows (BBFs). The substorm was observed by Magnetospheric Multiscale satellite on 16 May 2017. The simulated BBF macroscopic characteristics and electron VDFs agree well with observations. The VDFs from the BBF tail to its dipolarization front (DF) during its earthward propagation are revealed and they show clear energization and heating. The electron pitch angle distributions (PADs) at the DF are also tracked, which show interesting energy dependent features. Lower energy electrons develop a “two‐hump” PAD while the higher energy ones show persist “pancake” distribution. Our study reveals for the first time the evolution of electron VDFs as a BBF moves earthward using a two‐way coupled global and kinetic model, and provides valuable contextual understanding for the interpretation of satellite observations.

Abstract Electrons are accelerated to high, nonthermal energies during explosive energy-release events in space, such as magnetic reconnection. However, the properties and acceleration mechanisms of relativistic electrons directly associated with the reconnection X-line are not well understood. This study utilizes Magnetospheric Multiscale (MMS) measurements to analyze the flux and spectral features of subrelativistic to relativistic (∼80–560 keV) electrons during a magnetic reconnection event in Earth’s magnetotail. This event provided a unique opportunity to measure the electrons directly energized by the X-line as MMS stayed in the separatrix layer, where the magnetic field directly connects to the X-line, for approximately half of the observation period. Our analysis revealed that the fluxes of relativistic electrons were clearly enhanced within the separatrix layer, and the highest flux was directed away from the X-line, which suggested that these electrons originated directly from the X-line. Spectral analysis showed that these relativistic electrons deviated from the main plasma sheet population and exhibited an “ankle” feature similar to that observed in galactic cosmic rays. The contribution of “ankle” electrons to the total electron energy density increased from 0.1% to 1% in the separatrix layer though the spectral slopes did not exhibit clear variations. Further analysis indicated that while these relativistic electrons originated from the X-line, they experienced a nonnegligible degree of scattering during transport. These findings provide clear evidence that magnetic reconnection in Earth’s magnetotail can efficiently energize relativistic electrons directly at the X-line, providing new insights into the complex processes governing electron dynamics during magnetic reconnection.