中國科學家在磁重聯動力學過程研究取得新進展

磁重聯擴散區示意圖
磁重聯(magnetic reconnection ),或磁力線重聯(magnetic field line reconnection ),又稱磁場湮滅,是天體物理中一種非常重要的快速能量釋放過程,也是磁能轉化為粒子的動能、熱能和輻射能的過程。人們普遍認為太陽上的能量釋放是磁重聯導致的。磁重聯過程經常發生在空間和實驗室等離子體中,造成諸如太陽耀斑爆發、日冕物質拋射、行星磁層磁暴及亞暴、吸積盤中噴流和實驗室托克馬克裝置中的鋸齒振盪等重要的物理現象。然而,自1946 年澳大利亞科學家維納·杜志雲納尼(Ronald Giovanelli) 提出了磁重聯概念以來,磁重聯過程中磁能究竟是如何釋放以及磁重聯擴散區內部的動力學過程一直爭議不斷,目前尚沒有被廣泛接受的理論。

要揭開磁重聯擴散區內部動力學過程及能量耗散機制,利用人造衛星在磁重聯擴散區內部採集數據是最有效和最直接的研究手段。中國科學院地質與地球物理研究所和中國科學技術大學以及奧地利科學院空間研究所研究團隊在磁重聯擴散區內部動力學過程及其能量釋放機制研究中取得重要進展。他們利用探測衛星在地球磁尾磁重聯擴散區的直接觀測資料,結合計算機數值模擬結果,發現了磁重聯擴散區充滿了小尺度磁通量繩結構,同時他們還發現多個小尺度通量繩之間相互合併,使得磁重聯過程最終演化為湍流,從而可以更為有效地釋放磁場能並加熱加速等離子體。在此基礎上,此次研究成果進一步證實了薄電流片撕碎產生磁重聯區小尺度磁通量繩,磁通量繩不斷地產生、相互合併,磁重聯最終演化為湍流形式釋放磁能的物理過程。

【圖、文:節錄自中國科學院地質與地球物理研究所網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《自然物理學》期刊

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