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16日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校地球和空間科學(xué)學(xué)院、深空探測實(shí)驗(yàn)室陸全明和王榮生教授研究團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)行星際太陽風(fēng)中湍動(dòng)磁場重聯(lián)的直接證據(jù)，揭示了行星際太陽風(fēng)中湍動(dòng)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(shí)了湍動(dòng)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(jì)研究發(fā)現(xiàn)行星際太陽風(fēng)中湍動(dòng)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。該研究成果日前在線發(fā)表在《自然·天文學(xué)》上。

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(dòng)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(dòng)態(tài)時(shí)(即湍動(dòng)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(dòng)能和熱能。湍動(dòng)磁場重聯(lián)是太陽表面的爆發(fā)性能量釋放事件，例如耀斑，日冕物質(zhì)拋射等，以及和行星磁層內(nèi)部全球尺度爆發(fā)性事件，如地磁暴及磁層亞暴的主要驅(qū)動(dòng)力。

太陽持續(xù)地向行星際空間噴射高速等離子體，稱為太陽風(fēng)。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(dòng)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)，MMS衛(wèi)星可以在行星際太陽風(fēng)中采集數(shù)據(jù)。基于重新校正的MMS衛(wèi)星高精度、高時(shí)間分辨率的數(shù)據(jù)，該研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)行星際太陽風(fēng)中湍動(dòng)磁場重聯(lián)。湍動(dòng)磁場重聯(lián)擴(kuò)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(kuò)散區(qū)呈湍動(dòng)態(tài)。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)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(shí)間分辨率數(shù)據(jù)，共發(fā)現(xiàn)了76個(gè)湍動(dòng)磁場重聯(lián)事例。統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，太陽風(fēng)中的湍動(dòng)經(jīng)常發(fā)生，其發(fā)生率會(huì)隨著背景太陽風(fēng)風(fēng)速的增大而快速增加，表明快速太陽風(fēng)中湍動(dòng)磁場重聯(lián)可能扮演著重要的角色。

(中國科大供圖)

關(guān)鍵詞： 等離子體 行星磁層 時(shí)間分辨率 能量釋放 行星際空間