在地球上是如此，在太空中也是如此，four-satellite任务是研究磁性reconnection-the分裂易爆磁力线的重新连接等离子体发生在整个宇宙发现进程在空间的关键方面与实验在美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)是惊人地相似。这些相似之处说明了这些研究是如何相互补充的：实验室捕获了重连的重要全球特征，而航天器记录了重连发生时的局部关键特性。
博科园-科学科普：美国国家航空航天局于2015年发射磁层多尺度卫星(MMS)任务，研究环绕地球磁场的重连现象，其观测结果与过去和现在在PPPL进行的磁重连实验(MRX)的实验室发现相当吻合。此前的MRX研究揭示了快速重连的过程，并确定了在此过程中转化为粒子能量的磁能的总量。在这一过程中，会产生北极光、太阳耀斑和地磁风暴，这些都会扰乱手机服务，使电网断电，损坏轨道卫星。
MMS测量指南
先前的MRX发现为MMS任务所采取的测量提供了指导，MMS任务试图了解等离子体(由自由电子和原子核或离子组成的物质状态)中场线重新连接发生的区域。最新的PPPL实验将这些发现扩展到新的共识领域。MRX首席研究员、12月6发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的论文的第一作者山田正明(Masaaki Yamada)说：尽管在MRX和空间中重连层的大小上存在巨大差异，但在两者中都观察到显著相似的特征。过去的实验室研究检验了“对称”重连接，重连接区域两边的等离子体密度大致相同。
NASA磁层多尺度任务示意图，图片：NASA
这篇新论文着眼于磁透镜(磁层的外部区域)和MRX中的重连，磁透镜是“不对称的”，这意味着磁透镜区域一侧的等离子体密度至少是另一侧的10倍。由于太阳风中的等离子体(来自太阳的带电粒子)比磁层中的等离子体密度大得多，MMS任务的最初研究集中在重新连接的不对称方面。在这篇新论文中，研究人员研究了所谓的“双流体”重连物理，这种物理描述了离子和电子在重连过程中的每一种行为。这种物理现象在磁阻x和磁层等离子体系统中占主导地位，使实验室测量和空间观测之间的交叉检查达到前所未有的水平。
关键发现
以下是对MRX的两流体非对称研究的关键发现，这些发现与空间卫星对电子和离子行为的测量以及磁能向质点能的转换有着惊人的一致，计算机模拟有助于这些发现：
1、电子：
实验证明电子流与磁场是垂直的，而不是曾经认为的平行。这种流动是电子能量转换的关键，电子能量转换发生在一个被称为“电子扩散区”的狭窄边界层中，在这个边界层中发生快速重连接。这一发现与最近的MMS空间测量结果一致，也与实验室不对称重连接的新发现一致。
2、离子：
在电子的情况下，离子流也垂直于磁场流动，同样是离子磁能转换为粒子能的关键。对于离子来说，这种转换发生在聚合等离子体之间更大的“离子扩散区”，这也是最近在实验室等离子体中发现的不对称重连接。
MRX团队的成员在后台使用该设备，从左至右依次是山田雅明、俞宗秀、乔纳森·贾拉-阿尔蒙特、威尔·福克斯和纪汉涛。图片：Elle Starkman/PPPL Office of Communications.
MRX实验进一步研究了对称和非对称情况下转换的不同方面，在对称重连中，50%的磁性能以前被发现被转换成离子和电子，其中三分之一的转换影响电子，三分之二加速离子。在不对称的情况下，总转化率与离子和电子的能量转化率大致相同。
博科园-科学科普｜研究/来自：普林斯顿等离子体物理实验室
参考期刊文献:《Nature Communications》
DOI: 10.1038/s41467-018-07680-2
发表于 2019-1-1 22:19
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