在地球上是如此，在太空中也是如此，four-satellite任務是研究磁性reconnection-the分裂易爆磁力線的重新連接等離子體發生在整個宇宙發現進程在空間的關鍵方面與實驗在美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)是驚人地相似。這些相似之處說明了這些研究是如何相互補充的：實驗室捕獲了重連的重要全球特徵，而航天器記錄了重連發生時的局部關鍵特性。

博科園-科學科普：美國國家航空航天局於2015年發射磁層多尺度衛星(MMS)任務，研究環繞地球磁場的重連現象，其觀測結果與過去和現在在PPPL進行的磁重連實驗(MRX)的實驗室發現相當吻合。此前的MRX研究揭示了快速重連的過程，並確定了在此過程中轉化為粒子能量的磁能的總量。在這一過程中，會產生北極光、太陽耀斑和地磁風暴，這些都會擾亂手機服務，使電網斷電，損壞軌道衛星。

MMS測量指南

先前的MRX發現為MMS任務所採取的測量提供了指導，MMS任務試圖了解等離子體(由自由電子和原子核或離子組成的物質狀態)中場線重新連接發生的區域。最新的PPPL實驗將這些發現擴展到新的共識領域。MRX首席研究員、12月6發表在《自然通訊》(Nature Communications)上的論文的第一作者山田正明(Masaaki Yamada)說：儘管在MRX和空間中重連層的大小上存在巨大差異，但在兩者中都觀察到顯著相似的特徵。過去的實驗室研究檢驗了「對稱」重連接，重連接區域兩邊的等離子體密度大致相同。

這篇新論文著眼於磁透鏡(磁層的外部區域)和MRX中的重連，磁透鏡是「不對稱的」，這意味著磁透鏡區域一側的等離子體密度至少是另一側的10倍。由於太陽風中的等離子體(來自太陽的帶電粒子)比磁層中的等離子體密度大得多，MMS任務的最初研究集中在重新連接的不對稱方面。在這篇新論文中，研究人員研究了所謂的「雙流體」重連物理，這種物理描述了離子和電子在重連過程中的每一種行為。這種物理現象在磁阻x和磁層等離子體系統中佔主導地位，使實驗室測量和空間觀測之間的交叉檢查達到前所未有的水平。

關鍵發現

以下是對MRX的兩流體非對稱研究的關鍵發現，這些發現與空間衛星對電子和離子行為的測量以及磁能向質點能的轉換有著驚人的一致，計算機模擬有助於這些發現：

1、電子：

實驗證明電子流與磁場是垂直的，而不是曾經認為的平行。這種流動是電子能量轉換的關鍵，電子能量轉換髮生在一個被稱為「電子擴散區」的狹窄邊界層中，在這個邊界層中發生快速重連接。這一發現與最近的MMS空間測量結果一致，也與實驗室不對稱重連接的新發現一致。

2、離子：

在電子的情況下，離子流也垂直於磁場流動，同樣是離子磁能轉換為粒子能的關鍵。對於離子來說，這種轉換髮生在聚合等離子體之間更大的「離子擴散區」，這也是最近在實驗室等離子體中發現的不對稱重連接。

MRX團隊的成員在後台使用該設備，從左至右依次是山田雅明、俞宗秀、喬納森·賈拉-阿爾蒙特、威爾·福克斯和紀漢濤。圖片：Elle Starkman/PPPL Office of Communications.

MRX實驗進一步研究了對稱和非對稱情況下轉換的不同方面，在對稱重連中，50%的磁性能以前被發現被轉換成離子和電子，其中三分之一的轉換影響電子，三分之二加速離子。在不對稱的情況下，總轉化率與離子和電子的能量轉化率大致相同。

博科園-科學科普｜研究/來自：普林斯頓等離子體物理實驗室

參考期刊文獻:《Nature Communications》DOI: 10.1038/s41467-018-07680-2

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