重聯射流

重聯射流是指在磁場重聯作用下粒子流向外加速形成的射流。磁重聯是一種造成自然界和實驗室中許多爆發性現象的物理過程，它可以有效地將磁場能量耗散成粒子能量。

基本介紹

• 中文名：重聯射流
• 外文名： reconnection jet
• 一級學科：工程技術
• 二級學科：自旋電子學
• 磁場重聯：有效地將磁場能量耗散成粒子能量
• 特點：磁場重聯作用下粒子流向外加速

定義

磁重聯是一種造成自然界和實驗室中許多爆發性現象的物理過程，它可以有效地將磁場能量耗散成粒子能量。在磁重聯的作用下，稀薄的粒子流向外加速，將其稱為重聯射流。

相關研究

傳統上認為磁重聯發生在離子趨膚深度尺度的一個小“擴散區”內。這個區域一般遵循雙流體的圖像，但其邊界上合併的反平行磁力線可能存在強烈的波動，使得其內部出現如X線和O線的典型精細結構。在磁重聯期間，磁力線“斷裂”和“重聯”，並釋放大量的能量，在太陽上以硬X射線的形式或在磁尾以高能電子的形式輻射出來。如何在這么小的區域裡，耗散如此多的磁場能量到粒子能量，仍然是個謎。傳統上認為X線是能量耗散發生的主要位置，並產生兩個反向的電漿射流。然而，最近的三維模擬結果表明，O線可能也很重要。

利用FOTE方法重構的X線和O線形狀

為了揭示磁重聯中的能量耗散，首先要識別X線和O線。這需要（1）多顆衛星同時位於磁重聯擴散區內，並具有亞離子尺度的衛星間距；（2）一種能夠重構衛星周圍磁場拓撲結構的工具。歐洲航天局（ESA）的四顆編隊衛星Cluster可以滿足第一準則：2003年秋，Cluster衛星在地球磁尾探測到幾次磁重聯事件，離子擴散區的尺度為1000公里。在這些事件中，Cluster衛星間距為200公里，即1/5離子尺度，因此所有衛星同時位於擴散區內。而為了符合第二個標準，研究團隊最近開發並測試了一種新的方法，即一階泰勒展開（FOTE）。該方法在2015年以封面文章的形式發表於空間物理學著名期刊JGR上並受到了國際同行的廣泛關注。

在磁重聯擴散區發現很多燈絲電流和磁零點，最強的電流出現於螺旋磁零點（O線）和分形線上。在每個燈絲電流處，動力學尺度的湍動明顯增強，且能量耗散比典型值大100倍。在重聯射流的反轉處，即徑向零點（X線）處，電流、湍動和能量耗散都非常小。所有這些特點都清楚地表明，磁重聯的能量耗散發生在O點處而不是X點處。

探測歷程

2014年底標示著NASA一架名為太陽風（Wind）的探測器傳回了20年的數據。太陽風與17架其他的太空飛行器都是太陽物理系統天文台計畫的一部分，該計畫由一系列太空飛行器組成，專門用於了解太陽及其巨型爆發是如何對地球、其他行星和更遠處產生影響的。

太陽風探測器是在1994年11月1日發射的，其目標是確定太陽流出的持續粒子流（太陽風）的特性。太陽風探測器每3秒種會進行一次粒子觀測，每秒進行11次磁場測量，其測量仍舊是近地太空飛行器進行的最高頻率的太陽風觀測。

NASA戈達德太空飛行中心的太陽風任務科學家亞當·扎博說：“我們的問題是，在低密度太陽風中磁重聯是否可以發生，這裡的情況並沒有太陽大氣那樣活躍。太陽風探測器發現了磁重聯的跡象，不過這裡的磁重聯並不是太陽附近發生的那種猛烈反應。這裡的磁重聯是很微妙的低能事件，跡象是稀薄的粒子流向外加速，我們將其稱為重聯射流。”

這樣的射流持續時間非常短，太陽風探測器3秒採集數據的頻率仍可以捕獲它們，這是一個例子，說明在發射20年後太陽風高頻測量如何仍舊熠熠生輝，該探測器是如何為科學家提供重要數據的。