Abstract Electron cyclotron harmonic (ECH) waves are electrostatic emissions with frequencies between the harmonics of the electron gyrofrequencies. Their frequency properties provide clues for understanding their generation and are keys to evaluating their scattering efficiency. Based on Magnetospheric Multiscale satellite observations, we explored the statistical frequency properties of first‐harmonic band ECH waves in the outer magnetosphere. The frequencies at the peak power of ECH waves are found to be day‐night and dawn‐dusk asymmetries, with higher values in the regions from dawn to post‐noon, and these asymmetries are more evident during weaker geomagnetic activity. Furthermore, the frequencies at the peak power of ECH waves decrease gradually with increasing |MLAT| and are positively correlated with their amplitudes at each magnetic local time or |MLAT|. Information on the frequency properties of ECH waves presented in this study can be crucial for future modeling of their contributions to magnetospheric electron dynamics.

Abstract Sub-ion-scale magnetic holes (MHs) are ubiquitous structures in plasmas across a wide range of environments. Despite previous observational and modeling efforts, the three-dimensional (3D) electric field in MHs has yet to be adequately resolved. In this study, utilizing high-resolution measurements of an MH (∼0.08 ρ i × 0.14 ρ i ) from the Magnetospheric Multiscale mission in Earth’s turbulent magnetosheath, we report this 3D electric field and unveil its roles and generation mechanism. A model is established to quantify the impacts of E ∥ on increasing the loss cone of trapped electrons. The electric field is attributed to electron convection and pressure gradient terms of generalized Ohm’s law. The MH, primarily coupling to the electron, is accompanied by electron jets. These electron jets can be interpreted as different segments of an electron vortex. These electron jets combined with nonideal electric fields not only lead to strong energy conversion ( j · ( E + v e × B ) ∼ 40 nW m −3 ) from the electromagnetic field to electrons but also enable energy conversion between different electron motion directions. Our study significantly clarifies the physical image of kinetic-scale MHs.

Abstract Electromagnetic ion cyclotron (EMIC) waves and mirror mode structures respectively produced by the cyclotron and mirror instabilities are both generated by the temperature anisotropy of ions. However, whether these two instabilities can grow simultaneously in the magnetosphere is still unclear, as well as how they distribute if they can. In this paper, we first report an event of simultaneous observation of mirror mode structures and EMIC waves and then perform a statistical survey in the magnetosphere based on the measurements from Magnetospheric Multiscale (MMS) satellites. The event is observed in the duskside (MLT ∼ 18 hr) of Earth's outer magnetosphere (L ∼ 12) near the magnetic equator (MLAT ∼ 12°). The further linear instability analyses demonstrate that mirror mode structures and EMIC waves can be simultaneously and locally generated in the magnetosphere. The statistical results show that simultaneous mirror mode structures and EMIC waves are mainly distributed in the dawnside and duskside of the outer magnetosphere with slightly larger numbers in the dawnside but no significant differences in the proton number density, and plasma beta, proton temperature anisotropy, power‐weighted wave frequency, and wave normal angle.

Abstract Whistler waves, leading to electron scattering and energy transport, are frequently observed in magnetic reconnection. High‐energy electrons produced by magnetic reconnection are expected to excite low‐frequency whistler waves. However, the study on low‐frequency whistler waves in magnetic reconnection is still quite scarce. Utilizing high‐resolution data from the Magnetospheric Multiscale (MMS) mission, we provide observations of low‐frequency whistler waves in a turbulent reconnection outflow. The quasi‐antiparallel propagating whistler waves have power peaked at ∼0.1 and wave number of ∼0.43 in the plasma rest frame. It can be excited through the cyclotron resonance by the electron butterfly distributions, which can be interpreted by a model comprising the addition of electron beams hosting perpendicular anisotropy to electron isotropy distributions. The energy of resonant electrons is calculated as 1.06∼4.16 keV, the parts corresponding to lower frequency (<∼0.1) falling into suprathermal energy range. Our study can promote the understanding of generation of whistler waves in magnetic reconnection.

Abstract Exohiss serves as a typical imprint of the outward energy release from plasmaspheric hiss. The distribution of exohiss under the effect of Landau damping has not been thoroughly evaluate. On the basis of observations from the Van Allen Probes on 17 February 2014, we performed two‐dimensional ray tracing simulations to model the evolution of hiss waves propagating from the geomagnetic equator in plasmasphere. The results show that the hiss wave power decreases rapidly as the waves enter the plasmatrough under the enhanced Landau damping effect of hot electrons. Furthermore, we perform a statistical analysis of the simulation results from multiple rays and obtain the radial, latitudinal, and frequency distributions of the exohiss wave power. The modeled distribution characteristics of exohiss align well with observations, suggesting that Landau damping is crucial in shaping the morphology of exohiss in the inner magnetosphere.