空间磁重联 实验和卫星目击

就像在地球上一样，在太空中正在研究磁重联的四卫星任务 - 在整个宇宙中发生的等离子体中磁场线的分离和爆炸性重新连接 - 已经发现该过程在空间中的关键方面与实验中发现的相似。在美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)。相似之处表明这些研究是如何相互补充的：实验室捕获重新连接的重要全球特征，航天器记录当地关键属性。

美国国家航空航天局于2015年发起的用于研究环绕地球磁场重新连接的磁层多尺度卫星(MMS)任务所做的观察与PPPL的磁重联实验(MRX)的过去和现在的实验室发现非常吻合。先前的MRX研究揭示了快速重新连接发生的过程，并确定了在此过程中转化为粒子能量的磁能量，从而产生了北极光，太阳耀斑和地磁风暴，可能会破坏手机服务，使电力消失网格和损坏的轨道卫星。

MMS测量指南

之前的MRX调查结果作为MMS任务测量的指导原则，旨在了解等离子体中场线重新连接的区域 - 由自由电子和原子核或离子组成的物质状态。最新的PPPL实验将研究结果扩展到新的协议领域。“尽管MRX和太空中重新连接层的大小存在巨大差异，但两者都观察到非常相似的特征，”MRX的首席研究员Masaaki Yamada表示，并且最近的报告的主要作者在12月报道了结果。 6版Nature Communications。

过去的实验室研究检查了“对称”重新连接，其中重新连接区域每侧的等离子体的密度大致相同。新论文着眼于磁层顶中的重新连接 - 磁层的外部区域 - 以及“不对称”的MRX，意味着该区域一侧的等离子体比另一侧的密度至少高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更大，因此MMS任务的重点是重新连接的不对称方面。

在新论文中，研究人员研究了所谓的“双流体”重新连接物理学，它描述了过程中离子和电子的每种行为。这种物理学在MRX和磁层等离子体系统中主导磁性重新连接，允许在实验室测量和空间观测之间进行前所未有的交叉检查。

主要发现

以下是关于MRX的双流体，不对称研究的主要发现，其显示与空间卫星的电子和离子行为的测量以及磁能到粒子能量的转换非常一致。计算机模拟辅助了这些发现：

电子。实验证明，电子电流垂直流动，并且不像曾经认为的那样平行于磁场。该流动是在称为“电子扩散区域”的窄边界层中发生的电子中的磁能转换的关键，其中发生快速重新连接。该发现与最近的MMS空间测量结果一致，并且在实验室中用于非对称重新连接。

离子。离子电流也如在电子情况下那样垂直于磁场流动，并且同样是离子磁能转换为粒子能量的关键。对于离子，这种转换发生在会聚等离子体之间的较宽“离子扩散区域”中，并且是关于实验室等离子体中不对称重新连接的类似近期发现。

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。在对称重新连接中，先前发现50%的磁能被转换为离子和电子，其中三分之一的转换影响电子，三分之二加速离子。在不对称情况下，总转换率保持大致相同，离子和电子的能量转换比率也是如此。

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