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国家天文台研究人员发现磁重联精细结构及其演化

发表日期:2016-05-10来源:放大 缩小

  近日,中国科学院国家天文台李乐平副研究员领导的一个由中外8名学者(包括国家天文台张军研究员、陈华东副研究员,德国马普太阳系所Hardi Peter教授、郭荔佳博士和陈枫博士,和英国圣安德鲁斯大学Eric Priest教授和Duncan Mackay教授等)组成的研究小组,在磁重联研究领域取得重大进展。首次对发生在太阳暗条和冕环之间的磁重联过程中的精细结构和详细演化进行了直接的观测研究。该研究成果于59日在线发表于国际权威科技杂志《自然物理》[Nature Physics, 2016, DOI: 10.1038/NPHYS3768]上。 

  磁重联,是方向相反的磁力线相互靠近、断开再重新连接的现象。它在无垠宇宙中所有磁化等离子体系统(如日冕、恒星冕、行星磁层、磁星、吸积盘和等离子体实验室等)中扮演着十分重要的角色,是磁能爆炸式释放(如大耀斑的能量约为1025焦耳,相当于约上百亿颗百万吨级氢弹同时爆炸所释放的总能量)转化为其它形式能量(如热能和动能等)的基本物理过程。在天体物理研究中,它常被用来解释多种天文现象(如太阳耀斑、暗条爆发和伽马暴等),但直接观测磁重联过程极其困难。 

  通过分析太阳动力学天文台(SDO)和日地关系天文台(STEREO)两颗卫星的观测数据,李乐平等人发现当爆发暗条碰到冕环时,它们相互作用,构成了典型的X型重联结构。在它们的交界处,超过10组的电流片依次形成,长度约为26000km,宽度约为900km,持续约10分钟,最高温度可达700万度(是太阳表面温度的一千倍)以上。在电流片中,有明亮的等离子体团出现,并沿着电流片向两边传播。电流片逐渐弥散并消失,爆发暗条从(消失的)电流片处断开,再与相互作用的冕环重新连接到一起,最终形成新的暗条。 

  如此明确和精细的观测结果再现了三维磁重联理论所预言的连续磁重联过程,证实了三维磁重联理论。磁重联过程中精细结构及其演化的发现进而将推动三维磁重联理论在耗散区演化和磁能释放等方面的研究。 

  爆发暗条和冕环之间磁重联发生前(ad)、过程中(be)和发生后(cf)的SDOAIA 335埃和171埃图像观测。 

  爆发暗条和冕环之间磁重联发生前(a)、过程中(b)和发生后(c)的示意图。 

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