科學家發現行星際太陽風中的湍動磁場重聯

中國科學技術大學地球和空間科學學院、深空探測實驗室教授陸全明和王榮生研究團隊，發現行星際太陽風中湍動磁場重聯的直接證據，揭示了行星際太陽風中湍動磁場重聯發生率和背景太陽風風速的關系，證實了湍動磁場重聯可以有效地加速和加熱行星際等離子體。在此基礎上，通過統計研究發現行星際太陽風中湍動磁場重聯是非常普遍的現象，突破了之前普遍認為的太陽風磁場重聯是準穩態的看法。11月10日，該研究成果以長文形式在線發表于《自然-天文》。

磁場重聯是一種將磁自由能快速地轉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，磁場重聯耗散區演化為湍動態時（即湍動磁場重聯），磁自由能可以被爆發式地釋放、轉化為等離子體動能和熱能。湍動磁場重聯是太陽表面的爆發性能量釋放事件（如耀斑、日冕物質拋射）和行星磁層內部全球尺度爆發性事件（地磁暴及磁層亞暴）的主要驅動力。

太陽持續地向行星際空間噴射高速等離子體，稱之為太陽風。高速等離子體裹挾著磁力線充滿整個日地空間環境，主導著太陽風和行星磁層之間的相互耦合。太陽表面爆發性能量釋放事件，太陽風與行星磁層耦合和行星磁層內部磁層亞暴等多由湍動磁場重聯導致。然而，之前的研究指出行星際空間中的磁場重聯是準穩態的，與太陽表面和行星磁場內部的磁場重聯截然不同。

磁層多尺度衛星（MMS）是一組由4顆衛星組成的衛星集群，在空間形成四面體結構。它的設計目標是研究磁場重聯擴散區特別是其核心電子擴散區物理過程，因此可以提供高達7.5毫秒的等離子體數據。2017年10月份，調整之后的MMS衛星軌道的遠地點可以遠達25個地球半徑，致使MMS衛星可以在行星際太陽風中采集數據。基于重新校正的MMS衛星高精度、高時間分辨率的數據，該研究團隊首次發現行星際太陽風中湍動磁場重聯。湍動磁場重聯擴散區內部，研究者發現大量電流絲和小尺度磁通量繩結構，使得擴散區呈湍動態。湍動磁場重聯過程中，離子和電子被有效地加熱和加速。