科学家首次在实验室实现激光驱动湍流磁重联

源自：中国科学报

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上传时间: 2023-1-18 10:26

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　　湍流磁重联可能触发太阳耀斑的艺术图。
　　（记者：崔雪芹）我国科研人员依托上海高功率激光物理国家实验室“神光Ⅱ”装置，首次在实验室实现激光驱动湍流磁重联物理过程，并通过标度变换解释太阳耀斑爆发现象，实验证实了湍流过程对耀斑快速触发及高能带电粒子加速的重要性。相关成果1月17日发表于《自然-物理》。
　　太阳耀斑是一种最剧烈的太阳活动现象，一次典型耀斑的爆发相当于数十亿枚氢 弹的爆炸。目前，耀斑触发理论的基本出发点之一是磁重联。磁重联是等离子体中方向相反的磁力线因互相靠近而发生的重新联结的过程，重联会将磁能快速转化为等离子体热能和动能。
　　湍流磁重联是等离子磁流体中磁场能量耗散的最有效方式之一，其观测特征是存在速度或磁场涡旋结构、多重联点，等离子体团的分裂、破碎以及加速高能电子和离子等现象，然而激光驱动湍流磁重联尚未在实验室得到直接证实和系统研究。
　　论文通讯作者、北京师范大学天文系教授仲佳勇领导的实验室天体物理研究团队，在前期工作的基础上，提出了利用“神光Ⅱ”四路激光多点烧蚀金属靶，设计出具有微扰特征且磁性相反的等离子体磁环来增大磁场相互作用区，进而实现湍流磁重联的实验构想。
　　论文第一作者、北京师范大学天文与天体物理前沿所平永利博士介绍，实验中首次发现相互作用区形成的电流片呈现碎片化结构，采用傅里叶谱分析方法获得功率谱信息，并发现该功率谱符合典型等离子体湍流幂律谱特征。
　　她表示，通过时空标度变换发现，实验室湍流与太阳耀斑小尺度湍流结构一致，并且在电流片出流方向的电子能谱呈现非热的幂律谱特征；通过数值理论模拟发现，在湍流磁重联过程中，高能电子主要被重联平行电场加速，而回旋过程在出流区域对电子起到了减速作用，同时费米的加速效应可以忽略不计。这些研究成果为理解太阳耀斑高能粒子起源和加速过程具有重要意义。

●　论文链接
　　信息：
　　http://doi.org/10.1038/s41567-022-01855-x