当前位置:首页 > 新闻动态 > 科研动态

空间中心在“磁场重联”理论基础研究取得突破,入选美国地球物理学会(AGU)研究亮点

文章来源: | 发布时间:2017-03-08 | 【打印】【关闭】

  磁场重联是太空等离子体中普遍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。

  中科院国家空间科学中心空间天气学国家重点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)。空间天气学国家重点实验室戴磊、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.