美国能源部(DOE)普林斯顿等离子物理实验室(PPPL)的科学家们发现了导致快速磁重连接的关键条件，即引发太阳耀斑、极光和地磁风暴的过程，这些风暴会干扰信号传输和其他电子活动，包括手机服务。当等离子体中的磁场线，即由自由电子和原子核组成的带电物质的带电状态，分裂并剧烈地重新连接，释放出大量的能量时，就会发生这种过程。这种情况发生在等离子体的薄层，称为电流片，其中电流非常集中。通过结合计算机模拟，这些发现增加了一个早期的快速重新连接理论，该理论由PPPL和普林斯顿大学的物理学家在数学上得到了发展。
PPPL物理学家黄义民，图片版权：Elle Starkman
新的结果包含了一个预测模型，它能更完整地描述所涉及的物理。重新连接的影响可以在整个宇宙中感受到。这一过程可能会导致大量伽马射线辐射的爆发，这些射线辐射被认为与超新星爆炸和超密度中子星和黑洞的形成有关。PPPL的物理学家黄一敏说：银河系的伽马暴，如果指向地球，可能会导致大规模的灭绝事件（他也是论文的主要作者，在《天体物理学杂志》上报道了这一发现）。很明显，重要的是要知道什么时候，如何，以及为什么磁重连接发生。
科学家们观察到，在经过长时间静止的磁场作用后，重新连接会突然发生。究竟是什么原因导致磁场分离和重新连接，为什么重新连接的速度比理论认为的要快？通过计算机模拟和理论分析，物理学家们证明了一种叫做“等离子体不稳定性”的现象，在等离子体内部产生气泡，当满足某些条件时，会导致重新连接：等离子体必须有一个高的伦德奎斯特数，这是它导电的特点。等离子体磁场的随机波动提供了等离子体不稳定生长的“种子”。综上所述，这些条件允许等离子体不稳定在电流片中产生重新连接。研究表明，由等离子体不稳定引起的电流片的破坏可能会引发一种反应。
该触发器将等离子体的二维电流片分解为气泡、等离子体和许多较小的薄片。越来越多的纸张为磁力线提供了更多的机会分裂和连接在一起。重新连接也发生在多个地方，导致整个系统的总速率增加。较小的电流片的大小也会加速重新连接。电磁力倾向于推动等离子体在薄片之间，产生运动，当被单分裂成小块时加速。加速等离子体使磁力线更快地结合在一起，并导致更快的重新连接速率。和其他的物理学家们想用具有额外能力的实验机器来测试他们的新模型。虽然目前还没有这样的机器，但研究人员期待着一个即将上线的新设备。
知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：天体物理期刊
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：美国能源部
编译：光量子
审校：博科园
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