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湍流磁重聯(lián)可能觸發(fā)太陽耀斑的藝術(shù)圖。仲佳勇供圖
我國科研人員依托上海高功率激光物理國家實(shí)驗(yàn)室“神光Ⅱ”裝置，首次在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)激光驅(qū)動(dòng)湍流磁重聯(lián)物理過程，并通過標(biāo)度變換解釋太陽耀斑爆發(fā)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湍流過程對(duì)耀斑快速觸發(fā)及高能帶電粒子加速的重要性。相關(guān)成果1月17日發(fā)表于《自然-物理》。
太陽耀斑是一種最劇烈的太陽活動(dòng)現(xiàn)象，一次典型耀斑的爆發(fā)相當(dāng)于數(shù)十億枚氫彈的爆炸。目前，耀斑觸發(fā)理論的基本出發(fā)點(diǎn)之一是磁重聯(lián)。磁重聯(lián)是等離子體中方向相反的磁力線因互相靠近而發(fā)生的重新聯(lián)結(jié)的過程，重聯(lián)會(huì)將磁能快速轉(zhuǎn)化為等離子體熱能和動(dòng)能。
湍流磁重聯(lián)是等離子磁流體中磁場能量耗散的最有效方式之一，其觀測特征是存在速度或磁場渦旋結(jié)構(gòu)、多重聯(lián)點(diǎn)，等離子體團(tuán)的分裂、破碎以及加速高能電子和離子等現(xiàn)象，然而激光驅(qū)動(dòng)湍流磁重聯(lián)尚未在實(shí)驗(yàn)室得到直接證實(shí)和系統(tǒng)研究。
論文通訊作者、北京師范大學(xué)天文系教授仲佳勇領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室天體物理研究團(tuán)隊(duì)，在前期工作的基礎(chǔ)上，提出了利用“神光Ⅱ”四路激光多點(diǎn)燒蝕金屬靶，設(shè)計(jì)出具有微擾特征且磁性相反的等離子體磁環(huán)來增大磁場相互作用區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)湍流磁重聯(lián)的實(shí)驗(yàn)構(gòu)想。
論文第一作者、北京師范大學(xué)天文與天體物理前沿所平永利博士介紹，實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)相互作用區(qū)形成的電流片呈現(xiàn)碎片化結(jié)構(gòu)，采用傅里葉譜分析方法獲得功率譜信息，并發(fā)現(xiàn)該功率譜符合典型等離子體湍流冪律譜特征。
她表示，通過時(shí)空標(biāo)度變換發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室湍流與太陽耀斑小尺度湍流結(jié)構(gòu)一致，并且在電流片出流方向的電子能譜呈現(xiàn)非熱的冪律譜特征；通過數(shù)值理論模擬發(fā)現(xiàn)，在湍流磁重聯(lián)過程中，高能電子主要被重聯(lián)平行電場加速，而回旋過程在出流區(qū)域?qū)﹄娮悠鸬搅藴p速作用，同時(shí)費(fèi)米的加速效應(yīng)可以忽略不計(jì)。這些研究成果為理解太陽耀斑高能粒子起源和加速過程具有重要意義。（記者崔雪芹）
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