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北大等揭示太空三维磁重联的几何结构

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来源: 作者: 2019-05-16 22:21:18

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图片说明:地球磁层的示意图和Cluster卫星探测到的三维磁重联的几何结构.(摘自欧洲空间局站,磁层示意图版权归美国宇航局所有,三维磁重联结构图版权归文章作者所有)。

地球磁层的示意图和Cluster卫星探测到的三维磁重联的几何结构.(摘自欧洲空间局站,磁层示意图版权归美国宇航局所有,三维磁重联结构图版权归文章作者所有)。

以中国科学院国家天文台肖池阶副研究员、北京大学王晓钢教授、濮祖荫教授等为主的研究小组,继去年首次发现了自然界中存在磁场零点(NaturePhysics2(7),,2006)之后,最近又合作完成了三维磁重联完全几何结构的卫星观测研究。这一成果即将发表在国际权威科学刊物NaturePhysics上(2007年6月24日络版提前发表),并被列为“亮点”(Highlights)之一,称这一工作“朝着(太空)天体等离子体中的三维磁重联的完整图像更前进了一步”(complete3Dpictureoftheprocessofmagneticreconnectioninastrophysicalplasmascomesastepcloser)。Nature、NatureChina等站都将该文选为最新的重要文章(Featuredarticles)。

三维空间的磁重联是影响、甚至主导诸如天体演化、极光和磁层空间暴、太阳耀斑、日冕加热、日冕物质抛射等空间天文现象的重要物理进程,而其拓扑位形是三维磁重联理论的基石。三维磁重联的完整几何结构由一对收敛性质相反的磁零点、连接它们的磁分形线,以及它们所生成的两个磁分形面构成。如果说,在茫茫宇宙中发现磁零点是大海捞针,那么对三维磁重联完整几何结构的卫星探测就更加困难(nn,NaturePhysics2(7),,2006)。磁重联的三维结构要求最少空间四点的同时测量。欧洲空间局Cluster星座计划提供了迄今为止唯一的卫星观测手段。该计划由间距10-10000公里、设备相同探测仪器的四颗卫星组成,主要目的是探测地球磁层中的小尺度时空结构。基于Cluster卫星在地球磁尾的探测数据,这1研究小组在磁重联区找到匹配的磁零点对,计算出零点连线(磁分形线)的长度,确定了所产生的磁场的拓扑分形面(图一);并发现在零点连线附近存在低杂波频率的电磁振荡,这对磁重联过程中可能的电子加速、加热机制提供了观测基础。

因此这一工作刚一发表,就引起了国际学术界的广泛关注。欧洲空间局的官方站把这一成果作为“头条”发布,称这是一个由中国科学家领导的国际团队(aninternationalteamofscientistsledbyineseresearchers)得到的先驱性发现(apioneeringdiscovery),指出这1成果“揭示了前所未见的三维磁场的‘天然舞姿’”(thefirst-everevidencein3Dfornaturalmagnetic“dances”;这里“dances”是双关语,因为Cluster星座计划的四颗卫星的昵称顺次为“莎莎、探戈、伦巴和桑巴”(Salsa,Tango,Rumba,Samba),且这1工作的主要发现之一是观测到磁零点的周期性跳动)。欧洲空间局Cluster项目科学家指出:“这1结果是Cluster项目的又一重要成果,归功于中国、美国和欧洲科学家之间富有成果的合作”(ThisresultisanothermajorscientificachievementoftheClustermissionobtainedowingtofruitfulscientificcollaborationsbetweenChinese,AmericanandEuropeanscientists)。欧洲物理学会前任主席MartinHuber教授来信说,“这一工作确实是朝着(确立)三维磁重联观测基础的重要进展”(Thisis,indeed,animportantfurthersteptowardsanobservationalframeworkof3D-reconnection)。

肖池阶副研究员、王晓钢教授和濮祖荫教授为这一文章的共同第一作者、中国双星—Cluster科学工作队成员,王晓钢教授的前期工作是在大连理工大学完成的。主要作者还有浙江大学马志为教授、中国科学院国家天文台博士生赵辉、周桂萍副研究员、汪景?研究员等。其他合作者来自北京大学、中国科学院空间科学与应用研究中心,和欧美国家的一些大学和研究所。这1工作得到了《国家地球空间双星探测计划》、国家自然科学基金重大项目《地球空间暴多时空尺

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