國家天文台研究人員發現磁重聯精細結構及演化

爆發暗條和冕環之間磁重聯發生過程示意圖
中國科學院國家天文台李樂平副研究員領導的一隊國際研究小組,在磁重聯(magnetic reconnection)研究領域取得重大進展。首次對發生在太陽暗條和冕環之間的磁重聯過程中的精細結構和詳細演化進行了直接的觀測研究。

磁重聯,是方向相反的磁力線相互靠近、斷開再重新連接的現象。它在無垠宇宙中所有磁化等離子體系統(如日冕、恆星冕、行星磁層、磁星、吸積盤和等離子體實驗室等)中扮演著十分重要的角色,是磁能爆炸式釋放(如大耀斑的能量約為10^25焦耳,相當於約上百億顆百萬噸級氫彈同時爆炸所釋放的總能量)轉化為其它形式能量(如熱能和動能等)的基本物理過程。在天體物理研究中,它常被用來解釋多種天文現象(如太陽耀斑、暗條爆發和伽馬暴等),但直接觀測磁重聯過程極其困難。

通過分析太陽動力學天文台和日地關係天文台兩顆衛星的觀測數據,李樂平等人發現當爆發暗條碰到冕環時,它們相互作用,構成了典型的X型重聯結構。在它們的交界處,超過十組的電流片依次形成,長度約為二萬六千公里,寬度約為九百公里,持續約十分鐘,最高溫度可達七百萬度(是太陽表面溫度的一千倍)以上。在電流片中,有明亮的等離子體團出現,並沿著電流片向兩邊傳播。電流片逐漸彌散並消失,爆發暗條從(消失的)電流片處斷開,再與相互作用的冕環重新連接到一起,最終形成新的暗條。

如此明確和精細的觀測結果再現了三維磁重聯理論所預言的連續磁重聯過程,證實了三維磁重聯理論。磁重聯過程中精細結構及其演化的發現進而將推動三維磁重聯理論在耗散區演化和磁能釋放等方面的研究。

【圖、文:節錄自中國科學院國家天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】

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