英國達(dá)特茅斯大學(xué)研究人員提出新理論 解釋太陽表面快速磁重聯(lián)背后的奧秘
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：當(dāng)相反方向的磁場(chǎng)線合并時(shí)，它們產(chǎn)生爆炸，達(dá)特大學(xué)的奧可以釋放出巨大的茅斯面快秘能量。太陽上相反方向的提出磁場(chǎng)線的合并產(chǎn)生了太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射，這是新理巨大的能量爆炸，可以在不到一天的論解時(shí)間內(nèi)傳到地球。
雖然磁重聯(lián)的釋太速磁一般力學(xué)原理已被充分理解，但研究人員半個(gè)多世紀(jì)以來一直在努力解釋所發(fā)生的重聯(lián)快速能量釋放背后的精確物理學(xué)。昨天（2022年4月28日）發(fā)表在《通信物理學(xué)》雜志上的背后一項(xiàng)達(dá)特茅斯大學(xué)研究，首次從理論上描述了一種被稱為"霍爾效應(yīng)"的英國研究陽表現(xiàn)象如何決定磁重聯(lián)效率。
磁重聯(lián)存在于整個(gè)自然界的達(dá)特大學(xué)的奧等離子體中，這是茅斯面快秘物質(zhì)的第四種狀態(tài)，充滿了大部分的提出可見宇宙。當(dāng)方向相反的新理磁場(chǎng)線被吸引到對(duì)方身上時(shí)，重新連接就發(fā)生了，論解它們分開，重新結(jié)合，然后猛烈地扣開。在磁重聯(lián)的情況下，磁力線的斷裂迫使磁化的等離子體以高速度流出。能量是通過一種類似于將物體從彈弓中彈出的拉力而產(chǎn)生并轉(zhuǎn)移到等離子體上的。
達(dá)特茅斯大學(xué)的研究側(cè)重于重聯(lián)速率問題，這是磁重聯(lián)的關(guān)鍵組成部分，描述了磁力線匯聚和拉開的行動(dòng)速度。以前的研究發(fā)現(xiàn)，霍爾效應(yīng)，電流和圍繞它們的磁場(chǎng)之間的相互作用為快速磁重聯(lián)創(chuàng)造了條件。但是直到現(xiàn)在研究人員還無法解釋霍爾效應(yīng)究竟是如何增強(qiáng)重聯(lián)速度的細(xì)節(jié)。
達(dá)特茅斯大學(xué)的理論研究表明，霍爾效應(yīng)抑制了從磁場(chǎng)到等離子體粒子的能量轉(zhuǎn)換。這限制了它們合并點(diǎn)的壓力量，迫使磁場(chǎng)線彎曲并夾住，導(dǎo)致加快重聯(lián)過程所需的開放的外流幾何結(jié)構(gòu)。這一理論解決了霍爾效應(yīng)為什么以及如何使重聯(lián)如此快速的重要難題，通過這項(xiàng)研究，研究人員還解釋了爆炸性的磁能釋放過程，這在自然等離子體中是基本的和普遍存在的。
新的理論可以進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射事件的技術(shù)理解，這些事件導(dǎo)致了空間天氣和地球上的電力干擾。除了使用重聯(lián)率來估計(jì)太陽耀斑的時(shí)間尺度外，它還可以用來確定地磁亞暴的強(qiáng)度，以及太陽風(fēng)和地球磁層之間的相互作用。
相關(guān)報(bào)道：NASA MMS破解了60年來的快速磁爆之謎
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：在短短幾分鐘內(nèi)，太陽上的耀斑就可以釋放出足夠的能量來為整個(gè)世界供電2萬年。這些太陽耀斑是由一個(gè)被稱為磁重聯(lián)的爆炸過程引發(fā)的，而科學(xué)家們?cè)谶^去的半個(gè)世紀(jì)里一直試圖弄清楚它是如何工作的。
這也不僅僅是一個(gè)出于科學(xué)層面上的好奇心。對(duì)磁重聯(lián)更全面的了解可以讓人們了解核聚變并對(duì)可能影響地球軌道技術(shù)的來自太陽的粒子風(fēng)暴提供更好的預(yù)測(cè)。
現(xiàn)在，NASA磁層多尺度任務(wù)(MMS)的科學(xué)家們認(rèn)為他們已經(jīng)搞清楚了。研究人員已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)理論并解釋了最具爆炸性的磁重聯(lián)類型--稱為快速重聯(lián)--是如何發(fā)生的及為什么它以一致的速度發(fā)生。新理論使用了一種常見的磁效應(yīng)，這種效應(yīng)被用于家用設(shè)備，如為汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)計(jì)時(shí)和知道手機(jī)翻蓋何時(shí)關(guān)閉的傳感器。
這項(xiàng)新研究的論文第一作者、新罕布什爾州達(dá)特茅斯學(xué)院的物理學(xué)教授、MMS理論和建模小組的副組長Yi-Hsin Liu說道：“我們終于明白是什么讓這種類型的磁重聯(lián)如此快速。我們現(xiàn)在有一個(gè)理論來充分解釋它。”
磁重聯(lián)是發(fā)生在等離子體中的一個(gè)過程，有時(shí)被稱為物質(zhì)的第四狀態(tài)。當(dāng)一種氣體被賦予足夠的能量進(jìn)而使其原子破裂并留下帶負(fù)電的電子和帶正電的離子并排存在的雜物時(shí)，則就會(huì)形成等離子體。這種有能量的、類似流體的物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)非常敏感。
從太陽上的耀斑到近地空間再到黑洞，整個(gè)宇宙中的等離子體都在進(jìn)行磁重聯(lián)，它將磁能迅速轉(zhuǎn)化為熱量和加速度。雖然有幾種類型的磁重聯(lián)，但有一種特別令人困惑的變體被稱為快速重聯(lián)，它以可預(yù)測(cè)的速度發(fā)生。
MMS項(xiàng)目科學(xué)家、位于馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心的研究科學(xué)家Barbara Giles說道：“我們已經(jīng)知道快速重聯(lián)以某種速度發(fā)生，似乎是相當(dāng)恒定的。但直到現(xiàn)在，真正驅(qū)動(dòng)這一速度的因素一直是個(gè)謎。”
這項(xiàng)新的研究已發(fā)表在《自然》的《通信物理學(xué)》上，其部分由美國國家科學(xué)基金會(huì)資助，文章解釋了快速重聯(lián)是如何在無碰撞等離子體中具體發(fā)生的。在空間發(fā)生重聯(lián)的地方，大多數(shù)等離子體都處于這種無碰撞狀態(tài)，其中包括太陽耀斑中的等離子體和地球周圍的空間。
新理論顯示了快速重聯(lián)是如何及為什么可能被霍爾效應(yīng)加速。霍爾效應(yīng)是一種常見的磁現(xiàn)象，用于日常技術(shù)，如汽車車輪速度傳感器和3D打印機(jī)，其中傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量速度、接近度、定位或電流。
在快速磁重聯(lián)期間，等離子體中的帶電粒子--即離子和電子--停止作為一個(gè)群體移動(dòng)。當(dāng)離子和電子開始單獨(dú)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們產(chǎn)生了霍爾效應(yīng)并創(chuàng)造了一個(gè)不穩(wěn)定的能量真空--在那里發(fā)生了重聯(lián)。來自能量真空周圍磁場(chǎng)的壓力則會(huì)導(dǎo)致真空內(nèi)爆，從而以可預(yù)測(cè)的速度迅速釋放巨大的能量。
這一新理論將在未來幾年內(nèi)通過MMS進(jìn)行測(cè)試。據(jù)了解，MMS使用四個(gè)航天器以金字塔形式圍繞地球飛行以研究無碰撞等離子體中的磁重聯(lián)。在這個(gè)獨(dú)特的空間實(shí)驗(yàn)室里，MMS能以比地球上更高的分辨率研究磁重聯(lián)。
Giles說道：“最終，如果我們能夠理解磁重聯(lián)是如何運(yùn)作的，那么我們就可以更好地預(yù)測(cè)那些可能影響我們地球的事件如地磁暴和太陽耀斑。并且，如果我們能夠理解重聯(lián)是如何啟動(dòng)的，它還將有助于能源研究，因?yàn)檠芯咳藛T可以更好地控制聚變裝置中的磁場(chǎng)。”