中國科學院云南天文臺太陽活動和CME理論研究團組博士Abdullah Zafar與研究員倪蕾、林雋等，通過2.5D高分辨率磁流體動力學模擬，發現太陽低層大氣部分電離等離子體環境中更快的動態Petschek式磁重聯。相關研究成果以《揭示太陽部分電離等離子體中爆發式磁重聯的觸發機制》為題，發表在《天體物理學雜志》(The Astrophysical Journal)上。
 

　　磁重聯是指在磁化等離子體中，磁場拓撲結構發生變化，導致磁能轉化為等離子體動能和熱能，并加速高能帶電粒子的物理過程。磁重聯可以解釋宇宙中各種磁能釋放現象。在部分電離的太陽低層大氣中，磁重聯過程能夠觸發許多短暫的瞬態事件，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。
 

　　該團隊通過單流體輻射磁流體力學模擬，探討了在不完全電離的低層太陽大氣(從光球到日冕底部)在不同高度上的動態磁重聯過程。結果顯示，在所有模擬案例中，主X點的等離子體溫度和密度在磁重聯過程中會出現突然下降的情況，這與強的輻射冷卻、熱等離子體從主X點附近噴射出去或者主X點從熱的、高密度區域移動到冷的、低密度區域相關。這一溫度和密度下降導致壓力衰減和X點處磁擴散系數增加，進而致使動態Petschek式磁重聯出現的過程，通常在等離子體團從重聯電流片中噴出后發生。這展示了在非完全電離的環境中由等離子體團不穩定性主導的磁重聯過渡到爆發式的更快的動態Petschek式重聯的物理過程。它的最大速率能夠達到0.06以上，高于等離子體團不穩定性主導的磁重聯速率。這表明，兩種磁重聯模式的交替出現改善了能量轉換效率，并提高了磁重聯速率。
 

　　上述研究揭示了在磁流體力學尺度下非完全電離太陽等離子體中的爆發式快速磁重聯的物理機制，獲得了與觀測結果相近的極大磁重聯速率。該成果有助于科學家探討在其他非完全電離環境如星際介質、原行星盤和實驗室中的快速磁能釋放機制。
 

　　研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目、中國科學院戰略性先導科技專項、中國科學院青年創新促進會優秀會員項目以及云南省等的支持。數值計算和數據分析在合肥高級計算中心和云南天文臺計算太陽物理實驗室完成。
 

磁重聯速率隨時間的演化