《無碰撞磁場重聯中引導場效應研究》是依託中國科學技術大學，由王榮生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：無碰撞磁場重聯中引導場效應研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王榮生
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
磁場重聯是一種將磁能快速轉化為電漿動能和熱能的物理過程。磁場重聯擴散區結構及其內部粒子動力學行為是研究磁場重聯的關鍵。理論和計算機模擬研究指出：無引導場情況下、磁場重聯擴散區及其內部帶電粒子呈多層、對稱分布；在有引導場的情況下，這種對稱分布將發生扭曲；強引導場情況下,擴散區結構和粒子動力學行為將發生劇烈變化、對稱分布被破壞。此外，引導場磁場重聯中，擴散區內部可能會生成多個小尺度結構（例如：次級磁通量繩、密度空穴等），從而影響重聯率和電子加速等。本項目擬採用衛星在地球磁層頂和磁尾一個太陽活動周的觀測數據，系統地研究重聯擴散區結構和粒子分布特徵隨引導場變化而演化的物理規律、以及強引導場重聯中擴散區內部典型特徵（包括Hall電磁場、各種小尺度結構和電漿波動等）。本項目的研究將揭示引導場對重聯過程中Hall效應、擴散區結構、和粒子分布的影響，使我們更全面深刻地理解重聯過程中的引導場效應。
結題摘要
磁場重聯是一種將磁能快速轉化為電漿動能和熱能的物理過程。磁場重聯擴散區結構及其內部粒子動力學行為是研究磁場重聯的關鍵。理論和計算機模擬研究指出導向場對磁場重聯擴散區結構及其內部帶電粒子的運動產生顯著影響，但觀測證據較少。基於衛星在地球磁尾和磁層頂的觀測，負責人及合作者研究導向場對擴散區結構及帶電粒子運動的影響，揭示強導向場情況下磁重聯擴散區典型特徵。負責人的研究發現，導向場對擴散區內部的電磁結構產生顯著影響，弱導向場情況下，擴散區內部Hall磁場基本是對稱分布的、厚度為幾個離子慣性長，具體厚度取決於離磁重聯點的距離。對稱分布的Hall磁場主要是由對稱的電子入流和電子出流環導致的。當存在導向場時，由於洛倫茲力的作用、出流電子將發生偏轉，從而使Hall磁場的拓撲位型發生明顯改變，這一改變隨著導場強度的增強越發顯著。隨著導向場的增強，擴散區內部的電子電流片更容易發生不穩定性，生成螺旋型的磁拓撲位型—磁通量繩。磁通量繩會相互合併從而使得磁重聯演化為湍流，該研究成果2016年發表在Nature Physics期刊上，文章發表以後科學網、奧地利科學院等新聞媒體對這一研究成果作了新聞報導。隨後的研究發現，磁重聯過程中磁通量繩的合併對其演化非常重要、而且可能比較普遍，因為負責人在磁尾和磁層頂都觀測到類似的合併事例，文章發表在JGR上，2017年關於磁層頂磁通量繩合併的工作被JGR選為亮點工作[Wang et al., JGR2017]。同時，負責人的研究證實電流片兩側磁場和電漿條件對磁重聯的影響。該研究成果2017年發表在Phys.Rev.Lett.上。 負責人及合作者的研究，釐清了導向場對磁重聯過程中擴散區附近電磁結構和電子運動一般規律的影響；證實了在強導向場情況下，電子電流片更容易發生不穩定而生成磁通量繩、磁通量繩之間的相互作用使得磁重聯演化為湍流；發現了導向場和電流片兩側的非對稱對磁重聯的共同影響。該研究成果有利於理解不同電漿環境下，磁重聯過程中的能量轉化和耗散的物理機制。
