Magnetic reconnection is a fundamental physical process in plasmas whereby stored magnetic energy is converted into heat and kinetic energy of charged particles. Reconnection occurs in many astrophysical plasma environments and in laboratory plasmas. Using measurements with very high time resolution, NASA's Magnetospheric Multiscale (MMS) mission has found direct evidence for electron demagnetization and acceleration at sites along the sunward boundary of Earth's magnetosphere where the interplanetary magnetic field reconnects with the terrestrial magnetic field. We have (i) observed the conversion of magnetic energy to particle energy; (ii) measured the electric field and current, which together cause the dissipation of magnetic energy; and (iii) identified the electron population that carries the current as a result of demagnetization and acceleration within the reconnection diffusion/dissipation region.

Abstract We report a rare regime of Earth's magnetosphere interaction with sub‐Alfvénic solar wind in which the windsock‐like magnetosphere transforms into one with Alfvén wings. In the magnetic cloud of a Coronal Mass Ejection (CME) on 24 April 2023, NASA's Magnetospheric Multiscale mission distinguishes the following features: (a) unshocked and accelerated low‐beta CME plasma coming directly against Earth's dayside magnetosphere; (b) dynamical wing filaments representing new channels of magnetic connection between the magnetosphere and foot points of the Sun's erupted flux rope; (c) cold CME ions observed with energized counter‐streaming electrons, evidence of CME plasma captured due to by reconnection between magnetic‐cloud and Alfvén‐wing field lines. The reported measurements advance our knowledge of CME interaction with planetary magnetospheres, and open new opportunities to understand how sub‐Alfvénic plasma flows impact astrophysical bodies such as Mercury, moons of Jupiter, and exoplanets close to their host stars.

The electron-cyclotron maser instability (ECMI) is a significant coherent radio emission mechanism widely utilized in various astrophysical radio phenomena. It is well known that the velocity anisotropic distribution of energetic electrons, which leads to an inverted perpendicular population in the vertical direction with $ f_b/ perp >0$, can provide the free energy necessary for the ECMI. The initial velocity distribution of energetic electrons leaving the acceleration region is typically isotropic or beam-like. However, as these energetic electrons travel along the magnetic field as fast electron beams (FEBs) in magnetic plasma, various velocity anisotropic distributions can emerge. In this paper, we examine the impact of temperature anisotropy formed by beam electrons traveling along a flare loop on the ECMI. By neglecting the energy loss of energetic electrons as they traverse the corona and invoking the conservation of energy and magnetic moments, we established the relationship between momentum dispersion and the magnetic field. Utilizing the magnetic field model of the flare loop, we calculated the evolution of momentum dispersion and the growth rates of the ECMI as FEBs precipitate along the flare loop. The results demonstrate that the temperature anisotropy arising as FEBs descend along the flare loop significantly impacts the ECMI. The maximum growth rates of the excited modes exhibit a gradual increase initially and then decline rapidly after reaching a critical height for $ c$ and $0.15 c$. The results also show that the growth rates of the O2 mode are one order of magnitude smaller than those of the O1 and X2 modes. This indicates that the harmonic radiation is X-mode polarized. Notably, the temperature anisotropy of FEBs as they precipitate along the flare loop with different magnetic field models or at different heights has similar effects on the ECMI.

Abstract We present observations on 24 April 2023 by the Magnetospheric Multiscale spacecraft at the dayside, mid‐latitude magnetopause, when an interplanetary magnetic cloud (MC) with sub‐Alfvénic flows and northward and dawnward interplanetary magnetic field components impacted Earth's magnetosphere. The aim is to reveal the processes of solar wind‐magnetosphere interaction under sub‐Alfvénic solar wind with northward magnetic field. Our analysis of electron and ion data suggests that magnetopause reconnection occurred near both polar cusps, forming boundary layers on closed magnetic field lines on both the solar wind (i.e., MC) and magnetospheric sides of the magnetopause. Grad‐Shafranov, electron‐magnetohydrodynamics, and polynomial reconstructions of magnetopause current layers show that local (equator‐of‐the‐cusp) reconnection occurred in a sub‐ion‐scale magnetopause current sheet with a low magnetic shear angle (30°). Interestingly, the local reconnection was observed between the two (MC‐side and magnetosphere‐side) layers of closed field lines. It indicates that reconnected field lines from double cusp reconnection were interacting to induce another reconnection at the mid‐latitude magnetopause. Our results suggest that magnetopause reconnection was more efficient or frequent under sub‐Alfvénic solar wind with much lower beta plasma conditions than typical conditions. We discuss the role of such efficient reconnection in the formation of low‐latitude boundary layers.