研究發現磁場重聯擴散區可演化為湍流態

科技日報合肥6月15日電 （記者吳長鋒）15日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校地球和空間科學學院教授陸全明、王榮生研究團隊基於地球磁層多尺度衞星原位探測數據，首次發現磁場重聯擴散區可演化為湍流態。相關研究結果日前在線發表於《自然·通訊》。

磁場重聯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化為等離子體動能和熱能，併產生高能電子。由磁場重聯產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象的主要驅動原因。

等離子體湍流是另一種基礎的等離子體現象，廣泛存在於空間等離子環境中。在等離子體湍流中，能量可以從大尺度輸運到小尺度，最終在動力學尺度被耗散，並加熱或加速等離子體。

這兩個基礎的等離子體物理過程相互耦合，湍流可以由重聯產生。反過來，重聯的演化也會受到湍流的影響。

利用高時空分辨率、高精度的衞星數據，研究團隊在地球磁尾電流片中觀測到一個正在發生重聯的電流片，而且衞星穿越了重聯的擴散區。

與典型重聯模型不同，該擴散區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內沿着各個方向延伸（主要在x和y方向），並相互交織，形成了一個三維的網狀電流體系，也即該擴散區處於湍流狀態。在這個湍流態的擴散區內，高達300電子伏特的高能電子通量顯著增加，且高能電子在分佈函數上呈現冪律譜分佈。

研究結果表明，重聯的擴散區可以演化為湍流狀態，電子在湍流態的擴散區內可被有效加速至幾百電子伏特。