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实验室 “磁场重联”理论基础研究突破成果
入选美国地球物理学会(AGU)研究亮点

2017年03月09日 星期四 08:50:46

磁场重联是太空等离子体中普适存在的基本物理过程。长期研究认为,太阳耀斑的爆发、日冕物质抛射的形成、太阳风-行星磁层在边界层的相互作用、行星磁尾蓄积能量的爆发等等,都是磁场重联的不同表现形式。磁场重联使磁力线仿佛被切断后重联,将储存的磁能量转化为带电粒子的能量,是空间中磁能转化为动能和热能的主要机制。

磁场重联是空间物理中的长久研究的经典问题。磁重联自从概念提出,重联区的物理机制一直是核心问题。磁重联触发在很小的重联区,但对宏观系统有全球尺度的影响。重联区的物理机制紧密关系着磁场重联的本质问题:磁场重联为什么可以发生? 2015年美国航空航天局(NASA)发射的大型科学卫星 MMS星簇, 首要科学目标就是磁场重联区里的物理机制。

实验室科研人员最近在磁场重联区的基础理论研究上取得突破,用自主提出的理论解释了NASA-MMS卫星在重联区的最新精细观测,这一研究结果入选美国地球物理学会(AGU)研究亮点,在 AGU专刊详细介绍 (Plasma waves pinpointed at the site of magnetic reconnection, Eos, 98, Published on 17 February 2017. https://doi.org/10.1029/2017EO067735)。戴磊、王赤等研究发现,MMS卫星最新的高精度测量验证了Dai[2009]原创理论两个重要预言,1)霍尔电场大小由离子热压梯度决定,2)霍尔电场和霍尔磁场大小的比值落在几个阿尔芬速度的量级。这一理论引入了新概念----动力学阿尔芬波嵌入在电流片中的本证波模----解释磁场重联区的霍尔效应。 该理论还可以解释磁场重联区一系列其他观测事实,包括场向电流,霍尔磁场等。

磁重联区的霍尔效应最早作为猜想在1979年由Sonnerup提出, 是磁重联理论机制过去二十年研究的热点。动力学阿尔芬波解释对霍尔效应的物理本质作出了全新的阐述,提供了清晰的定量描述方法和新的预言,提出了新观点解释太阳风离子闯入磁层如何触发磁重联,为研究磁场重联区的物理机制提供了新框架。

美国地球物理学会会刊介绍:

Zastrow, M. (2017), Plasma waves pinpointed at the site of magnetic reconnection, Eos, 98, Published on 17 February 2017. https://eos.org/research-spotlights/plasma-waves-pinpointed-at-the-site-of-magnetic-reconnection

文章链接:

Dai, L., C. Wang, Y. Zhang, B. Lavraud, J. Burch, C. Pollock, and R. B. Torbert (2017), Kinetic Alfvén wave explanation of the Hall fields in magnetic reconnection, Geophys. Res. Lett., 44, 634–640, doi:10.1002/2016GL071044.

Dai, L. (2009), Collisionless magnetic reconnection via Alfvén eigenmodes, Phys. Rev. Lett., 102, 245003, doi:10.1103/PhysRevLett.102.245003.



 

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