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极尖区是磁层的窗口，是太阳风向磁层传输等离子体和能量的关键部位。本文利用Cluster四颗卫星的测量数据分析了极尖区小尺度结构的时空特性和边界层的性质，讨论了极尖区的时空结构在太阳风向磁层传输等离子体过程中的作用。
极尖区的物理过程非常的复杂，而极尖区结构的时空特性一直是空间物理学界研究的热点和争论的焦点。过去几十年里，人们主要关注极尖区的大尺度时空结构，但是却很少研究从几秒到几分钟的短时间内磁场减小的小尺度结构。利用Cluster卫星数据，我们在磁层极尖区观测到了小尺度的磁洞结构，利用Cluster四颗卫星的独特优势以及定量的速度和方向的计算（结合我们独创的多点卫星分析方法），我们首次确认卫星观测到的是空间结构，即一个个的磁洞结构依次穿越了卫星，而非边界摆动或者磁场瞬时变化所导致的效应。在结构中间，我们观测到了磁场显著的降低，同时伴随着等离子体压强的显著上升。在以往的研究中，人们认为磁鞘和太阳风中的磁洞往往是由镜像模不稳定性（mirror instability）引起的。通过比较，我们发现我们观测到的磁洞结构与磁鞘和太阳风中的磁洞结构有诸多类似之处。因为地球极尖区的beta值很小，而且各向异性条件不强，所以在当地难以激发镜像模不稳定性，因此我们提出可能是磁鞘中发展到非线性阶段的镜像模结构传播进入了极尖区。
太阳风如何向地球传输等离子体和能量，一直是空间物理和空间天气研究领域的核心问题之一，而地球磁层极尖区是其中一个重要的传输通道，从上世纪70年代开始，人们就发现并研究了行星际磁场南向期间位于极尖区赤道侧的“进入层”，然而，在行星际磁场北向期间，这一区域一直没有被确定和研究过。过去人们发现，在行星际磁场北向期间，太阳风进入磁层的等离子体的数目，往往远高于行星际磁场南向时的情况，尤其在低纬会形成一个较厚的低纬边界层，而在磁尾则往往会形成一个较IMF南向时更为冷而密的等离子体片。于是，开展行星际磁场北向期间高纬进入层的研究，十分的必要。我们利用C1usterII卫星研究了一个IMF北向期间高纬边界层的穿越事件，并详细分析了向阳面高纬粒子捕获区和极尖区的边界以及高纬粒子捕获区和磁鞘的边界，首次发现在极尖区赤道侧边界附近还存在着一个过渡区，我们认为这个过渡区就是行星际磁场北向期间的“进入层”。在这一层中，我们看到了磁层粒子和磁鞘粒子的混合，其磁力线闭合到地球两极，多次穿越还表明，其厚度从480公里到2200公里不等。与行星际磁场南向情况不同的是，这一过渡层中没有看到明显的耗散和湍动特性，反而在层与层之间常常看到台阶状（step-like）的特性，通过分析以上的特性，我们认为这一进入层是由IMF北向情况下的高纬双重磁场重联所导致的。我们的结果支持了高纬双重磁场重联在太阳风传入磁层的过程中的重要作用这一观点，同时，我们的结果还表明，这次事件中相关的磁场重联过程并非是稳态的。