作者:王荣生等 来源:《自然—物理》 发布时间:2015/12/21 16:28:36
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磁重联扩散区动力学过程研究取得进展

 

中国科学院地质与地球物理研究所、中国科学技术大学联合奥地利科学院空间研究所,在磁重联扩散区内部动力学过程及其能量释放机制研究中取得重要进展,证实了磁重联扩散区内部多磁通量绳相互作用并最终演化为湍流的物理过程。该研究成果于12月7日在线发表在Nature Physics上。

磁重联是等离子体中一种基本物理过程。磁重联过程中磁自由能被快速地释放,用来加热和加速等离子体;同时,磁场拓扑位型会重建、物质会转移。1946年,澳大利亚科学家Ronald Giovanelli提出了磁重联概念,用来解释太阳大气中爆发式能量释放事件——耀斑。半个多世纪的研究表明,磁重联不仅是耀斑的主要原因、也是自然界中一系列能量爆发式释放事件的原因,比如:日冕物质抛射、行星磁层磁暴及亚暴、吸积盘中喷流和实验室托克马克装置中的锯齿振荡等等。但是,磁重联过程中磁能究竟是如何释放以及磁重联扩散区内部的动力学过程一直争议不断、没有被广泛接受的理论。

要揭示磁重联扩散区内部动力学过程及能量耗散机制,利用人造卫星在磁重联扩散区内部采集数据,是最有效和直接的研究手段。利用卫星在地球磁尾直接穿越磁重联扩散区的事件并结合计算机数值模拟结果,中科院地质所和中国科大的研究者分析了卫星在磁重联扩散区内部采集的高精度数据,证实磁重联扩散区充满了小尺度磁通量绳结构,这些小尺度通量绳之间相互合并从而加热加速等离子体。2013和2014年Geophys. Res. Lett. 报道了该研究团队磁重联分界线区域存在薄电子电流层的观测研究。据此推测,小尺度磁通量绳主要是薄电流片撕碎产生的。由于磁通量绳不断地产生、相互合并,磁重联最终演化为湍流,如示意图所示。

该研究得到了国家自然科学基金委、科技部973项目和奥地利科学基金的支持。(来源:科学网)

 
 
 
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