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2022年06月14日
【安徽日报客户端】中科大揭示湍动磁场重联电子加速领域新进展

记者6月13日从中国科学技术大学获悉,该校地球和空间科学学院教授陆全明、王荣生研究团队基于地球磁层多尺度卫星原位探测数据,首次发现磁场重联扩散区可演化为湍流态。相关研究结果6月10日在线发表于《自然-通讯》。

磁场重联是一种基本的等离子体物理过程。该过程中,磁自由能被快速地释放而转化为等离子体动能和热能,并产生高能电子。由磁场重联产生的高能电子被认为是伽马射线爆,太阳耀斑,以及磁暴等现象的主要驱动原因。

等离子体湍流是另一种基础的等离子体现象,广泛存在于空间等离子环境中。在等离子体湍流中,能量可以从大尺度输运到小尺度,最终在动力学尺度被耗散,并加热或加速等离子体。

这两个基础的等离子体物理过程相互耦合,湍流可以由重联产生。反过来,重联的演化也会受到湍流的影响。

利用高时空分辨率、高精度的卫星数据,研究团队在地球磁尾电流片中观测到一个正在发生重联的电流片,而且卫星穿越了重联的扩散区。

与典型重联模型不同,该扩散区不是一个完整的层流电流片,而是破碎为大量电流丝。这些不同强度、不同尺度的电流丝在扩散区内沿着各个方向延伸(主要在x和y方向),并相互交织,形成了一个三维的网状电流体系,也即该扩散区处于湍流状态。在这个湍流态的扩散区内,高达300电子伏特的高能电子通量显著增加,且高能电子在分布函数上呈现幂律谱分布。

研究结果表明,重联的扩散区可以演化为湍流状态,电子在湍流态的扩散区内可被有效加速至几百电子伏特。


安徽日报客户端 (2022-06-13)

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