土星日側磁盤磁重聯產生高能重離子

高能粒子是太空中多種爆發現象的重要參與者，例如高能質子和電子能夠在地球極區電離層激發極光。與地球相比，巨行星的磁層內存在豐富的重離子（如土星磁層富氧離子、木星磁層富硫離子），被加熱的重離子進入電離層後，可以產生X射線波段的極光，能量遠高於地球極光。在粒子加速加熱機制中，磁重聯是重要機制之一。在行星磁層內，磁重聯的分佈能夠影響磁層動力學過程，位置一般位於磁層頂和磁尾。日側磁層頂磁重聯將太陽風的能量和物質輸入行星磁層，夜側磁尾的磁重聯過程則釋放堆積在行星磁層內的能量。

不同於地球，木星和土星兩顆巨行星磁層內都存在能夠噴發物質（二氧化硫或者水）的衛星，為磁層源源不斷地提供重離子。同時，巨行星高速旋轉產生的離心力使得重離子束縛在赤道平面並向外運輸，最終形成唱片狀的磁盤。磁盤演化過程中的非線性過程能夠觸發磁重聯，將重離子團拋出磁盤。這一過程一般認為發生在巨行星磁層的夜側，因此只會影響夜側的磁場的活動。近期，日側磁盤磁重聯（Dayside disk Magnetic Reconnection，簡稱DMR）被證實存在，顛覆了科學家此前對巨行星磁層動力學過程的認知。

DMR對巨行星磁層動力學的影響需要更加深入的探索。中國科學院地質與地球物理所地球與行星物理院重點實驗室的郭瑞龍博士後及合作導師魏勇研究員與客座學者堯中華博士等人，通過對卡西尼號飛船的土星探測數據進行調研，找出了33個DMR事件，並對其中3個典型事例進行了深入分析。

研究結果顯示（1）日側磁重聯機制能夠非常有效加速電子和重離子（氧離子），其加速產生的重離子為日側極區輻射提供了重要的源；（2）在短時間內，可以觀測到多個磁重聯區，說明日側磁重聯過程是小尺度的，且可以密集地存在於日側磁盤內：（3）研究還發現了次級磁島的存在，展示了日側磁盤磁重聯區的複雜性。

【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《天體物理學報》