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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院、深空探測實驗室教授陸全明和王榮生研究團隊，發(fā)現(xiàn)行星際太陽風(fēng)中湍動磁場重聯(lián)的直接證據(jù)，揭示了行星際太陽風(fēng)中湍動磁場重聯(lián)發(fā)生率和背景太陽風(fēng)風(fēng)速的關(guān)系，證實了湍動磁場重聯(lián)可以有效地加速和加熱行星際等離子體。在此基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)行星際太陽風(fēng)中湍動磁場重聯(lián)是非常普遍的現(xiàn)象，突破了之前普遍認(rèn)為的太陽風(fēng)磁場重聯(lián)是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的看法。11月10日，該研究成果以長文形式在線發(fā)表于《自然-天文》。
磁場重聯(lián)是一種將磁自由能快速地轉(zhuǎn)化為等離子體動能和熱能的基本物理過程。近來的研究表明，磁場重聯(lián)耗散區(qū)演化為湍動態(tài)時（即湍動磁場重聯(lián)），磁自由能可以被爆發(fā)式地釋放、轉(zhuǎn)化為等離子體動能和熱能。湍動磁場重聯(lián)是太陽表面的爆發(fā)性能量釋放事件（如耀斑、日冕物質(zhì)拋射）和行星磁層內(nèi)部全球尺度爆發(fā)性事件（地磁暴及磁層亞暴）的主要驅(qū)動力。
太陽持續(xù)地向行星際空間噴射高速等離子體，稱之為太陽風(fēng)。高速等離子體裹挾著磁力線充滿整個日地空間環(huán)境，主導(dǎo)著太陽風(fēng)和行星磁層之間的相互耦合。太陽表面爆發(fā)性能量釋放事件，太陽風(fēng)與行星磁層耦合和行星磁層內(nèi)部磁層亞暴等多由湍動磁場重聯(lián)導(dǎo)致。然而，之前的研究指出行星際空間中的磁場重聯(lián)是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的，與太陽表面和行星磁場內(nèi)部的磁場重聯(lián)截然不同。
磁層多尺度衛(wèi)星（MMS）是一組由4顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星集群，在空間形成四面體結(jié)構(gòu)。它的設(shè)計目標(biāo)是研究磁場重聯(lián)擴散區(qū)特別是其核心電子擴散區(qū)物理過程，因此可以提供高達(dá)7.5毫秒的等離子體數(shù)據(jù)。2017年10月份，調(diào)整之后的MMS衛(wèi)星軌道的遠(yuǎn)地點可以遠(yuǎn)達(dá)25個地球半徑，致使MMS衛(wèi)星可以在行星際太陽風(fēng)中采集數(shù)據(jù)?；谥匦滦Ｕ腗MS衛(wèi)星高精度、高時間分辨率的數(shù)據(jù)，該研究團隊首次發(fā)現(xiàn)行星際太陽風(fēng)中湍動磁場重聯(lián)。湍動磁場重聯(lián)擴散區(qū)內(nèi)部，研究者發(fā)現(xiàn)大量電流絲和小尺度磁通量繩結(jié)構(gòu)，使得擴散區(qū)呈湍動態(tài)。湍動磁場重聯(lián)過程中，離子和電子被有效地加熱和加速。
研究團隊進一步分析了2017年10月至2019年5月MMS衛(wèi)星在行星際太陽風(fēng)中采集的高時間分辨率數(shù)據(jù)，共發(fā)現(xiàn)了76個湍動磁場重聯(lián)事例。統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)，太陽風(fēng)中的湍動經(jīng)常發(fā)生，其發(fā)生率會隨著背景太陽風(fēng)風(fēng)速的增大而快速地增加，表明快速太陽風(fēng)中湍動磁場重聯(lián)可能扮演著重要的角色。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)王榮生教授是論文的第一和共同通訊作者，陸全明教授為論文的共同通訊作者。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-022-01818-5
標(biāo)簽： 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
