中国科学家揭示太空三维磁重联的几何结构

2020-03-17 作者:星座   |   浏览(133)

加拿大28,以中国科学院国家天文台副研究员肖池阶,我校特聘教授、北京大学教授王晓钢,北京大学教授濮祖荫等为主的研究小组,继去年首次发现了自然界中存在磁场零点(Nature Physics 2 , 478-483, 2006)之后,最近又合作完成了三维磁重联完整几何结构的卫星观测研究。这一成果即将发表在国际权威科学刊物《Nature Physics》上(2007年6月24日网络版提前发表),并被列为“亮点”之一,称这一工作“朝着天体等离子体中的三维磁重联的完整图像更前进了一步”。《Nature》、《Nature China》等网站都将该文选为最新的重要文章。 三维空间的磁重联是影响、甚至主导诸如天体演化、极光和磁层空间暴、太阳耀斑、日冕加热、日冕物质抛射等空间天文现象的重要物理过程,而其拓扑位形是三维磁重联理论的基石。三维磁重联的完整几何结构由一对收敛性质相反的磁零点、连接它们的磁分形线,以及它们所生成的两个磁分形面构成。如果说,在茫茫宇宙中发现磁零点是大海捞针,那么对三维磁重联完整几何结构的卫星探测就更加困难(J. M. Finn, Nature Physics 2 , 445-446, 2006)。磁重联的三维结构要求至少空间四点的同时测量。欧洲空间局Cluster星座计划提供了迄今为止唯一的卫星观测手段。该计划由间距10-10000公里、装备相同探测仪器的四颗卫星组成,主要目的是探测地球磁层中的小尺度时空结构。基于Cluster卫星在地球磁尾的探测数据,这一研究小组在磁重联区找到匹配的磁零点对,计算出零点连线的长度,确定了所产生的磁场的拓扑分形面;并发现在零点连线附近存在低杂波频率的电磁振荡,这对磁重联过程中可能的电子加速、加热机制提供了观测基础。

教育部日前在北京召开“2006年度中国高等学校十大科技进展”评选结果揭晓暨颁奖仪式,北京大学、大连理工大学共同完成的“磁重联零点及其邻近磁场结构的卫星观测研究”名列榜首。大连理工大学王晓钢教授作为入选项目代表出席会议并接受表彰。 由北京大学濮祖荫教授、大连理工大学王晓钢教授等为主要成员的中国双星-Cluster科学工作队合作研究小组,首次发现了自然界中存在的磁零点。这个成果发表在2006年7月出版的国际权威科学刊物《Nature Physics》上,被学术界评价为“首次在地球磁尾直接观测到磁零点的证据,对了解空间和天体等离子体中的活动过程极为重要”。 据介绍,磁零点提出至今,60多年来大多数研究局限在理论与数值模拟范围内,缺乏实验支持。许多科学家在不断地捕捉磁零点,但都无法确认其存在。由肖池阶、王晓钢、濮祖荫等组成的联合研究小组,在浩如烟海的卫星探测数据中,成功地找到了在地球磁尾的磁重联过程中存在磁零点的证据。 欧洲空间局官方网站也将这一成果作为“头条新闻”发布,称“这一科学突破是一次真实的科学实验的精心杰作”。欧洲空间局Cluster计划项目科学家指出:“磁重联过程的核心被首次揭示。得到了磁场零点附近三维磁重联的基本性质。这是Cluster卫星计划的一个主要成果。” 据悉,磁重联研究不仅是太阳风暴和磁层空间暴等许多重要科学问题的关键,而且对于“人造太阳”的科学基础———磁约束核聚变研究,以及众多流体物理、天体物理及数学问题都至关重要。因此,这一研究成果将推动相关研究领域的进一步发展。

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