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2022年11月15日
【中国科学报】科学家发现行星际太阳风中的湍动磁场重联

本报讯(见习记者王敏)中国科学技术大学地球和空间科学学院、深空探测实验室教授陆全明和王荣生研究团队,发现行星际太阳风中湍动磁场重联的直接证据,揭示了行星际太阳风中湍动磁场重联发生率和背景太阳风风速的关系,证实了湍动磁场重联可以有效加速和加热行星际等离子体。在此基础上,他们通过统计研究发现,行星际太阳风中湍动磁场重联是非常普遍的现象,突破了之前普遍认为的太阳风磁场重联是准稳态的看法。研究成果近日在线发表于《自然-天文》。

磁场重联是一种将磁自由能快速转化为等离子体动能和热能的基本物理过程。近来研究表明,磁场重联耗散区演化为湍动态时(即湍动磁场重联),磁自由能可以被爆发式释放、转化为等离子体动能和热能。湍动磁场重联是太阳表面的爆发性能量释放事件(如耀斑、日冕物质抛射)和行星磁层内部全球尺度爆发性事件(地磁暴及磁层亚暴)的主要驱动力。

太阳持续向行星际空间喷射高速等离子体,称之为太阳风。高速等离子体裹挟着磁力线充满整个日地空间环境,主导着太阳风和行星磁层之间的相互耦合。太阳表面爆发性能量释放事件、太阳风与行星磁层耦合和行星磁层内部磁层亚暴等多由湍动磁场重联导致。

磁层多尺度卫星(MMS)是一组由4颗卫星组成的卫星集群,在空间形成四面体结构,可以提供高达7.5毫秒的等离子体数据。2017年10月,调整之后的MMS卫星轨道的远地点达25个地球半径,致使MMS卫星可以在行星际太阳风中采集数据。基于重新校正的MMS卫星高精度、高时间分辨率数据,该团队首次发现行星际太阳风中湍动磁场重联。湍动磁场重联扩散区内部,研究者发现大量电流丝和小尺度磁通量绳结构,使得扩散区呈湍动态。湍动磁场重联过程中,离子和电子被有效加热和加速。

研究团队进一步分析了2017年10月至2019年5月MMS卫星在行星际太阳风中采集的高时间分辨率数据,共发现76个湍动磁场重联事例。统计研究发现,太阳风中的湍动经常发生,其发生率会随背景太阳风风速的增大而快速增加,表明快速太阳风中湍动磁场重联可能扮演着重要角色。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41550-022-01818-5


《中国科学报》 (2022-11-15 第1版 要闻)

https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2022/11/371975.shtm


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