等離子體氣泡有助於在外層空間觸發巨大的磁場事件

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】美國能源部(DOE)普林斯頓等離子物理實驗室(PPPL)的科學家們發現了導致快速磁重連接的關鍵條件，即引發太陽耀斑、極光和地磁風暴的過程，這些風暴會干擾信號傳輸和其他電子活動，包括手機服務。當等離子體中的磁場線，即由自由電子和原子核組成的帶電物質的帶電狀態，分裂並劇烈地重新連接，釋放出大量的能量時，就會發生這種過程。這種情況發生在等離子體的薄層，稱為電流片，其中電流非常集中。通過結合計算機模擬，這些發現增加了一個早期的快速重新連接理論，該理論由PPPL和普林斯頓大學的物理學家在數學上得到了發展。

PPPL物理學家黃義民，圖片版權：Elle Starkman

新的結果包含了一個預測模型，它能更完整地描述所涉及的物理。重新連接的影響可以在整個宇宙中感受到。這一過程可能會導致大量伽馬射線輻射的爆發，這些射線輻射被認為與超新星爆炸和超密度中子星和黑洞的形成有關。PPPL的物理學家黃一敏說：銀河系的伽馬暴，如果指向地球，可能會導致大規模的滅絕事件（他也是論文的主要作者，在《天體物理學雜誌》上報道了這一發現）。很明顯，重要的是要知道什麼時候，如何，以及為什麼磁重連接發生。

科學家們觀察到，在經過長時間靜止的磁場作用後，重新連接會突然發生。究竟是什麼原因導致磁場分離和重新連接，為什麼重新連接的速度比理論認為的要快？通過計算機模擬和理論分析，物理學家們證明了一種叫做「等離子體不穩定性」的現象，在等離子體內部產生氣泡，當滿足某些條件時，會導致重新連接：等離子體必須有一個高的倫德奎斯特數，這是它導電的特點。等離子體磁場的隨機波動提供了等離子體不穩定生長的「種子」。綜上所述，這些條件允許等離子體不穩定在電流片中產生重新連接。研究表明，由等離子體不穩定引起的電流片的破壞可能會引發一種反應。

該觸發器將等離子體的二維電流片分解為氣泡、等離子體和許多較小的薄片。越來越多的紙張為磁力線提供了更多的機會分裂和連接在一起。重新連接也發生在多個地方，導致整個系統的總速率增加。較小的電流片的大小也會加速重新連接。電磁力傾向於推動等離子體在薄片之間，產生運動，當被單分裂成小塊時加速。加速等離子體使磁力線更快地結合在一起，並導致更快的重新連接速率。和其他的物理學家們想用具有額外能力的實驗機器來測試他們的新模型。雖然目前還沒有這樣的機器，但研究人員期待著一個即將上線的新設備。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：天體物理期刊

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：美國能源部

編譯：光量子

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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