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新發(fā)現(xiàn)：磁場重聯(lián)擴散區(qū)可演化為湍流態(tài)
發(fā)布日期： 2022-06-16 14:33:15 來源： 科技日報

15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)院教授陸全明、王榮生研究團隊基于地球磁層多尺度衛(wèi)星原位探測數(shù)據(jù)，首次發(fā)現(xiàn)磁場重聯(lián)擴散區(qū)可演化為湍流態(tài)。相關(guān)研究結(jié)果日前在線發(fā)表于《自然·通訊》。

磁場重聯(lián)是一種基本的等離子體物理過程。該過程中，磁自由能被快速地釋放從而轉(zhuǎn)化為等離子體動能和熱能，并產(chǎn)生高能電子。由磁場重聯(lián)產(chǎn)生的高能電子被認為是伽馬射線暴、太陽耀斑以及磁暴等現(xiàn)象的主要驅(qū)動原因。

等離子體湍流是另一種基礎(chǔ)的等離子體現(xiàn)象，廣泛存在于空間等離子環(huán)境中。在等離子體湍流中，能量可以從大尺度輸運到小尺度，最終在動力學(xué)尺度被耗散，并加熱或加速等離子體。

這兩個基礎(chǔ)的等離子體物理過程相互耦合，湍流可以由重聯(lián)產(chǎn)生。反過來，重聯(lián)的演化也會受到湍流的影響。

利用高時空分辨率、高精度的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，研究團隊在地球磁尾電流片中觀測到一個正在發(fā)生重聯(lián)的電流片，而且衛(wèi)星穿越了重聯(lián)的擴散區(qū)。

與典型重聯(lián)模型不同，該擴散區(qū)不是一個完整的層流電流片，而是破碎為大量電流絲。這些不同強度、不同尺度的電流絲在擴散區(qū)內(nèi)沿著各個方向延伸(主要在x和y方向)，并相互交織，形成了一個三維的網(wǎng)狀電流體系，也即該擴散區(qū)處于湍流狀態(tài)。在這個湍流態(tài)的擴散區(qū)內(nèi)，高達300電子伏特的高能電子通量顯著增加，且高能電子在分布函數(shù)上呈現(xiàn)冪律譜分布。

研究結(jié)果表明，重聯(lián)的擴散區(qū)可以演化為湍流狀態(tài)，電子在湍流態(tài)的擴散區(qū)內(nèi)可被有效加速至幾百電子伏特。(記者吳長鋒)

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