我國(guó)對(duì)日地系統(tǒng)磁重聯(lián)現(xiàn)象研究取得系列突破

無(wú)論是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡最新公布的伽馬射線蟹狀星云，還是冰島上空不可思議的極光，都讓人感嘆，同時(shí)讓人覺(jué)得神秘不已。其實(shí)美麗的極光是來(lái)自太陽(yáng)或地球磁層的高能粒子和地球兩極高層空氣中的粒子相碰撞，造成氣體粒子被電離并發(fā)光的現(xiàn)象，而促使極光和伽馬射線等壯美景象產(chǎn)生的背后力量，和一個(gè)叫磁重聯(lián)的過(guò)程有關(guān)。

自然界許多最具爆發(fā)性的物理現(xiàn)象都與磁重聯(lián)密切相關(guān)。這些爆發(fā)性物理現(xiàn)象包括太陽(yáng)耀斑，來(lái)自太陽(yáng)系外恒星的伽馬射線暴等。太陽(yáng)是很多空間天氣事件的源頭，源頭發(fā)生太陽(yáng)爆發(fā)之后，高超音速的日冕等離子體物質(zhì)拋射產(chǎn)生的擾動(dòng)會(huì)從太陽(yáng)傳輸?shù)降厍?，常引起亞爆、磁層擾動(dòng)和一些對(duì)人類生活有較大影響的空間天氣災(zāi)害，我們還可看到由高能粒子引起的極光等。磁重聯(lián)在這些空間天氣事件的源頭起著重要的作用。

近年來(lái)，科學(xué)家們通過(guò)衛(wèi)星探測(cè)、地面觀測(cè)和計(jì)算機(jī)模擬等手段,對(duì)太陽(yáng)爆發(fā)等空間天氣災(zāi)害性擾動(dòng)事件進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程中釋放的巨大能量來(lái)源于一個(gè)空間等離子體基本物理過(guò)程——磁場(chǎng)重聯(lián)。各國(guó)都在積極開(kāi)展研究，包括美國(guó)宇航局也擬在戈達(dá)德空間飛行中心發(fā)射4個(gè)磁重聯(lián)探測(cè)器對(duì)磁重聯(lián)現(xiàn)象做進(jìn)一步的深入。

（美國(guó)宇航局?jǐn)M在戈達(dá)德空間飛行中心發(fā)射4個(gè)磁重聯(lián)探測(cè)器）

太陽(yáng)活動(dòng)有兩個(gè)主要過(guò)程，一是太陽(yáng)耀斑，二是物質(zhì)拋射。這些過(guò)程的能量從哪里來(lái)，其觸發(fā)機(jī)制是什么？科學(xué)家們認(rèn)為是聚集的磁場(chǎng)能量通過(guò)磁場(chǎng)重聯(lián)釋放出來(lái)的，就像磁場(chǎng)‘燃燒’一樣，磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，并加速粒子。

磁重聯(lián)是空間物理和空間天氣研究中一個(gè)十分重要的課題。人類要到太空中去，和平開(kāi)發(fā)空間，就要能預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)太陽(yáng)活動(dòng)。因此，磁重聯(lián)研究也是當(dāng)前國(guó)際太陽(yáng)物理，空間物理和等離子體物理的重點(diǎn)和熱點(diǎn)研究方向?？臻g的磁場(chǎng)有不同的來(lái)源，不同來(lái)源的磁場(chǎng)拓?fù)?/strong>結(jié)構(gòu)不同，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)交叉的地方就可能產(chǎn)生磁場(chǎng)重聯(lián)。磁重聯(lián)涉及電磁場(chǎng)變化、粒子流、等離子體不穩(wěn)定性、極光等許多相關(guān)現(xiàn)象。

磁重聯(lián)研究的重要性在于它有助于人們理解和認(rèn)識(shí)太陽(yáng)活動(dòng)如何演變、如何觸發(fā)和如何預(yù)報(bào)。磁重聯(lián)的不穩(wěn)定性也發(fā)生在實(shí)驗(yàn)等離子體中，與如何實(shí)現(xiàn)可控核聚變密切相關(guān)。磁場(chǎng)重聯(lián)涉及磁場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，目前磁重聯(lián)的觸發(fā)機(jī)制，粒子加速過(guò)程，不同尺度的耦合和波粒子相互作用等基本問(wèn)題還未徹底弄清楚。

日地空間是天然的實(shí)驗(yàn)室，人類可以通過(guò)衛(wèi)星的遙測(cè)和局地觀測(cè)并結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬開(kāi)展研究。因此，了解日地空間的磁重聯(lián)現(xiàn)象有助于人們理解宇宙中發(fā)生的其他物理現(xiàn)象。我國(guó)目前已經(jīng)取得許多成績(jī)，包括各個(gè)方面和領(lǐng)域。在太陽(yáng)物理方面, 通過(guò)空間全日面磁場(chǎng)、多波段電磁輻射和日冕儀觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)活動(dòng)中存在大尺度或全球尺度的磁場(chǎng)連接性和相互作用，發(fā)展了在向量磁場(chǎng)中證認(rèn)三維磁零點(diǎn)的微分拓?fù)?/strong>方法。

在行星際物理方面，發(fā)展了對(duì)行星際磁重聯(lián)及其高能電子加速機(jī)制的新認(rèn)識(shí)。在磁層物理方面，首次在日地空間發(fā)現(xiàn)了無(wú)碰撞磁場(chǎng)重聯(lián)的觀測(cè)證據(jù)，該研究涉及困擾天體物理、空間物理和等離子體物理近半個(gè)世紀(jì)有關(guān)磁能快速釋放機(jī)制的重大難題。從宏觀和全面的視角審視不同環(huán)境的磁重聯(lián)，有助于我們更深刻地認(rèn)識(shí)磁重聯(lián)的本質(zhì)，在其本質(zhì)的認(rèn)識(shí)上取得突破。