科学家揭开了快速磁爆炸的奥秘

在短短几分钟内，太阳耀斑释放出的能量足以供全世界使用两万年。一种被称为磁重联的爆炸过程触发了这些太阳耀斑。然而，科学家们花了60多年的时间来了解这是如何发生的。

现在，美国宇航局磁层多尺度任务(MMS)的一个研究小组认为他们已经找到了答案。

MMS团队开发了一种理论，解释了最具爆炸性的磁重联类型(称为快速重联)是如何发生的。这一新理论利用了家用设备中常见的磁效应，比如可以对车辆防抱死制动系统计时的传感器，以及知道手机翻盖何时合上的传感器。

“我们终于明白是什么让这种类型的磁重联如此之快，”首席研究员Yi-Hsin Liu说。“我们现在有了一个理论来充分解释它。”

如果这一理论是正确的，我们可以深入了解核聚变并更好地预测来自太阳的粒子风暴，这些粒子风暴可能会影响地球轨道技术。

磁重联是发生在等离子体中的一个过程，当气体受到足够的能量使其原子分裂，留下一堆带负电的电子和带正电的离子并排存在时，磁重联就产生了。这种充满能量的液体状物质对磁场极其敏感。

从太阳上的耀斑，到近地空间，再到黑洞，宇宙中的等离子体都会经历磁重联，将磁能迅速转化为热量和加速度。最不为人知的磁重联类型无疑是快速重联。

MMS项目科学家芭芭拉·贾尔斯(Barbara Giles)说:“我们早就知道，快速重新连接的速度似乎是相当稳定的。”“但直到现在，到底是什么推动了这一速度一直是个谜。”

这项新研究发表在一篇论文在大自然的通信物理由美国国家科学基金会部分资助的一项研究解释了无碰撞等离子体(一种粒子之间不碰撞的等离子体)中重新连接的速度。太空中存在的大部分等离子体，包括太阳耀斑和地球周围的等离子体，都是这种变体。

新的理论说明了霍尔效应如何以及为什么会加速快速重联，霍尔效应描述了磁场和电流之间的相互作用。

在快速磁重联过程中，等离子体中的带电粒子停止集体运动。当离子和电子开始分开运动时，它们会产生一个不稳定的能量真空，重新连接就会发生。来自能量真空周围磁场的压力导致真空内爆，以可预测的速度释放大量能量。

近几个月来，核聚变研究有了显著的发展英国原子能机构于2021年1月启动了一项咨询，要求五个地区的居民就潜在的建设计划提供反馈一个核聚变发电厂的原型．此外，政府还发布了自己的白皮书，概述了监管金融市场的计划核聚变能的首次亮相．

新的理论将在未来几年用MMS进行测试，MMS使用四艘以金字塔形围绕地球飞行的航天器来研究无碰撞等离子体中的磁重联。在这个独特的空间实验室中，MMS可以以比地球上更高的分辨率研究磁重联。

贾尔斯说:“最终，如果我们能够理解磁重联是如何运作的，那么我们就可以更好地预测可能影响地球的事件，比如地磁风暴和太阳耀斑。”

“如果我们能够了解重联是如何启动的，这也将有助于能源研究，因为研究人员可以更好地控制聚变装置中的磁场。”