英国研究人员提出新理论 解释太阳表面快速磁重联背后的奥秘

虽然磁重联的一般力学原理已被充分理解，但研究人员半个多世纪以来一直在努力解释所发生的快速能量释放背后的精确物理学。昨天（2022年4月28日）发表在《通信物理学》杂志上的一项达特茅斯大学研究，首次从理论上描述了一种被称为"霍尔效应"的现象如何决定磁重联效率。

磁重联存在于整个自然界的等离子体中，这是物质的第四种状态，充满了大部分的可见宇宙。当方向相反的磁场线被吸引到对方身上时，重新连接就发生了，它们分开，重新结合，然后猛烈地扣开。在磁重联的情况下，磁力线的断裂迫使磁化的等离子体以高速度流出。能量是通过一种类似于将物体从弹弓中弹出的拉力而产生并转移到等离子体上的。

达特茅斯大学的研究侧重于重联速率问题，这是磁重联的关键组成部分，描述了磁力线汇聚和拉开的行动速度。以前的研究发现，霍尔效应，电流和围绕它们的磁场之间的相互作用为快速磁重联创造了条件。但是直到现在研究人员还无法解释霍尔效应究竟是如何增强重联速度的细节。

达特茅斯大学的理论研究表明，霍尔效应抑制了从磁场到等离子体粒子的能量转换。这限制了它们合并点的压力量，迫使磁场线弯曲并夹住，导致加快重联过程所需的开放的外流几何结构。这一理论解决了霍尔效应为什么以及如何使重联如此快速的重要难题，通过这项研究，研究人员还解释了爆炸性的磁能释放过程，这在自然等离子体中是基本的和普遍存在的。

新的理论可以进一步促进对太阳耀斑和日冕物质抛射事件的技术理解，这些事件导致了空间天气和地球上的电力干扰。除了使用重联率来估计太阳耀斑的时间尺度外，它还可以用来确定地磁亚暴的强度，以及太阳风和地球磁层之间的相互作用。