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,相關研究,探測歷程,
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。![重聯射流 重聯射流](/img/7/00c/gN0EGZiZWN1QmNkNTZlVTNllTOyQDN0QTYmhDMjVGMhZGOxkzMwYjZvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
![重聯射流 重聯射流](/img/7/00c/gN0EGZiZWN1QmNkNTZlVTNllTOyQDN0QTYmhDMjVGMhZGOxkzMwYjZvMWaw9SbvNmLz9mYlNmYu4GZj5yZtl2ai9yL6MHc0RHa.jpg)
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。