中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)太陽活動(dòng)和CME理論研究團(tuán)組博士Abdullah Zafar與研究員倪蕾、林雋等，通過2.5D高分辨率磁流體動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)太陽低層大氣部分電離等離子體環(huán)境中更快的動(dòng)態(tài)Petschek式磁重聯(lián)。相關(guān)研究成果以《揭示太陽部分電離等離子體中爆發(fā)式磁重聯(lián)的觸發(fā)機(jī)制》為題，發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》(The Astrophysical Journal)上。
 

　　磁重聯(lián)是指在磁化等離子體中，磁場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致磁能轉(zhuǎn)化為等離子體動(dòng)能和熱能，并加速高能帶電粒子的物理過程。磁重聯(lián)可以解釋宇宙中各種磁能釋放現(xiàn)象。在部分電離的太陽低層大氣中，磁重聯(lián)過程能夠觸發(fā)許多短暫的瞬態(tài)事件，如埃勒曼炸彈、紫外暴、色球噴流、篝火等。而這些小尺度事件是加熱太陽大氣的主要來源。
 

　　該團(tuán)隊(duì)通過單流體輻射磁流體力學(xué)模擬，探討了在不完全電離的低層太陽大氣(從光球到日冕底部)在不同高度上的動(dòng)態(tài)磁重聯(lián)過程。結(jié)果顯示，在所有模擬案例中，主X點(diǎn)的等離子體溫度和密度在磁重聯(lián)過程中會(huì)出現(xiàn)突然下降的情況，這與強(qiáng)的輻射冷卻、熱等離子體從主X點(diǎn)附近噴射出去或者主X點(diǎn)從熱的、高密度區(qū)域移動(dòng)到冷的、低密度區(qū)域相關(guān)。這一溫度和密度下降導(dǎo)致壓力衰減和X點(diǎn)處磁擴(kuò)散系數(shù)增加，進(jìn)而致使動(dòng)態(tài)Petschek式磁重聯(lián)出現(xiàn)的過程，通常在等離子體團(tuán)從重聯(lián)電流片中噴出后發(fā)生。這展示了在非完全電離的環(huán)境中由等離子體團(tuán)不穩(wěn)定性主導(dǎo)的磁重聯(lián)過渡到爆發(fā)式的更快的動(dòng)態(tài)Petschek式重聯(lián)的物理過程。它的最大速率能夠達(dá)到0.06以上，高于等離子體團(tuán)不穩(wěn)定性主導(dǎo)的磁重聯(lián)速率。這表明，兩種磁重聯(lián)模式的交替出現(xiàn)改善了能量轉(zhuǎn)換效率，并提高了磁重聯(lián)速率。
 

　　上述研究揭示了在磁流體力學(xué)尺度下非完全電離太陽等離子體中的爆發(fā)式快速磁重聯(lián)的物理機(jī)制，獲得了與觀測(cè)結(jié)果相近的極大磁重聯(lián)速率。該成果有助于科學(xué)家探討在其他非完全電離環(huán)境如星際介質(zhì)、原行星盤和實(shí)驗(yàn)室中的快速磁能釋放機(jī)制。
 

　　研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員項(xiàng)目以及云南省等的支持。數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)分析在合肥高級(jí)計(jì)算中心和云南天文臺(tái)計(jì)算太陽物理實(shí)驗(yàn)室完成。
 

磁重聯(lián)速率隨時(shí)間的演化