科研人員在實驗室實現(xiàn)激光驅(qū)動湍流磁重聯(lián)

  ICC訊 記者從北京師范大學(xué)了解到，我國科研人員依托上海高功率激光物理國家實驗室“神光Ⅱ”裝置，首次在實驗室實現(xiàn)激光驅(qū)動湍流磁重聯(lián)物理過程，并通過標(biāo)度變換用于解釋太陽耀斑爆發(fā)現(xiàn)象，實驗證實湍流過程對耀斑快速觸發(fā)以及加速高能帶電粒子的重要性。相關(guān)論文于北京時間1月17日刊發(fā)在《自然物理》期刊上。

  太陽耀斑是一種最劇烈的太陽活動現(xiàn)象，一次典型耀斑爆發(fā)釋放的能量相當(dāng)于數(shù)十億枚氫彈的爆炸。耀斑能產(chǎn)生多波段輻射，劇烈的耀斑會嚴(yán)重影響日地空間環(huán)境和人類生活。因此，認識和了解耀斑活動具有重大意義。

  目前的理論認為磁重聯(lián)導(dǎo)致了耀斑觸發(fā)。磁重聯(lián)是等離子體中方向相反的磁力線因互相靠近而發(fā)生的重新聯(lián)結(jié)的過程，重聯(lián)會將磁能快速轉(zhuǎn)化為等離子體熱能和動能。在天體物理中，磁重聯(lián)模型還被廣泛應(yīng)用于恒星形成、太陽風(fēng)與地球磁層的耦合、吸積盤物理以及伽馬暴研究。湍流磁重聯(lián)是等離子磁流體中磁場能量耗散的最有效方式之一，然而其尚未在實驗室得到直接證實和系統(tǒng)研究。

  論文通訊作者、北京師范大學(xué)天文系仲佳勇教授領(lǐng)導(dǎo)的實驗室天體物理研究團隊，長期專注于利用強激光近距離、主動可控地模擬各類天體等離子體物理過程。早在2010年，仲佳勇與合作者就成功模擬了太陽耀斑中環(huán)頂X射線源和重聯(lián)噴流。仲佳勇介紹，利用高能量激光系統(tǒng)，科學(xué)家能在實驗室中獲得極端物理實驗條件，模擬多種高能量密度天體物理現(xiàn)象。這種研究方法不僅可以用來驗證天文觀測理論模型，還可為發(fā)現(xiàn)新物理過程提供新途徑。

  團隊此次在前期工作的基礎(chǔ)上，提出了利用“神光Ⅱ”四路激光多點燒蝕金屬靶，設(shè)計具有微擾特征且磁性相反的等離子體磁環(huán)來增大磁場相互作用區(qū)，進而實現(xiàn)湍流磁重聯(lián)的實驗構(gòu)想。仲佳勇告訴科技日報記者，他們此次在實驗上首次利用激光等離子體的方式驅(qū)動湍流磁重聯(lián)，激光等離子體更加容易標(biāo)度變換到太陽耀斑等離子體，從而可對太陽耀斑進行更加細致和系統(tǒng)的定量研究。該研究還發(fā)現(xiàn)，實驗湍流磁重聯(lián)中高能電子的加速主要來源于重聯(lián)電場，而費米加速過程可以忽略，這對傳統(tǒng)高能電子加速機制提出了新的認識和理解。