发现磁场重联扩散区可以演化成湍流态

记者15日从中国科学技术大学获悉，该校地球与空间科学学院教授陆和基于地球磁层多尺度卫星原位探测数据，首次发现磁重联扩散区可以演化为湍流状态。相关研究成果日前发表在《自然通讯》网上。

磁重联是一个基本的等离子体物理过程。在这个过程中，磁性自由能迅速释放并转化为等离子体动能和热能，产生高能电子。磁重联产生的高能电子被认为是伽玛射线暴、太阳耀斑和磁暴的主要驱动因素。

等离子体湍流是另一种基本的等离子体现象，广泛存在于空间等离子体环境中。在等离子体湍流中，能量可以从大尺度传输到小尺度，最后在动态尺度中耗散，从而加热或加速等离子体。

这两个基本的等离子体物理过程是相互耦合的，重联可以产生湍流。反过来，重联的演化也会受到湍流的影响。

利用高分辨率、高精度的卫星数据，研究团队在地球磁尾电流片中观测到一个重联电流片，卫星穿越了重联扩散区。

与典型的重联模型不同，扩散区不是一个完整的层流电流片，而是分裂成大量的电流丝。这些强度和尺度不同的电流线在扩散区向各个方向(主要是X和Y方向)延伸，相互交织，形成一个立体的网络电流系统，即扩散区处于湍流状态。在这个湍流扩散区，高达300电子伏的高能电子通量显著增加，高能电子在分布函数中呈现幂律谱分布。

结果表明，重联扩散区可以演化为湍流态，电子在湍流扩散区可以有效地加速到几百电子伏。