揭开宇宙的神秘面纱研究人员使用高功率激光器研究磁重联

　　科学家们采用了12个高功率的激光束来模拟微型太阳耀斑，以研究磁重联的基本机制，这是一个基本的天文现象。与流行的看法相反，宇宙并不空虚。尽管有＂浩瀚的虚空＂这一说法，但宇宙中充满了各种物质，如带电粒子、气体和宇宙射线。虽然天体可能看起来很稀少，但宇宙中却充斥着各种活动。
　　美国宇航局概念图像实验室的截图：＂整个太阳系的磁重联＂。当反平行的磁场--在这种情况下，在太阳耀斑中发现--发生碰撞、断裂和重新排列时，就会发生磁重联。这个过程产生了一个高能量的爆炸，将粒子抛向太空。资料来源：美国宇航局概念图像实验室
　　粒子和能量在太空中的一个驱动力是一种叫做磁重联的现象。顾名思义，磁重联是指两个反平行的磁场--如两个方向相反的磁场--发生碰撞、断裂，并重新排列。虽然听起来很无害，但它远不是一个平静的过程。
　　＂这种现象在宇宙中随处可见，你可以在太阳耀斑或地球的磁层中看到它们。九州大学工程科学学院的助理教授、该研究的第一作者Taichi Morita解释说：＂当太阳耀斑积累起来，似乎＂捏＂出一个耀斑时，这就是磁重联。事实上，极光的形成是地球磁场中的磁重联所排出的带电粒子的结果＂。
　　尽管它经常发生，但该现象背后的许多机制还是一个谜。目前科学家们正在对其进行研究，例如在美国宇航局的磁层多尺度任务中，通过送入地球磁层的卫星实时研究磁重联。然而，诸如重新连接的速度或来自磁场的能量如何转换和分配给等离子体中的粒子等问题仍然没有得到解释。
　　将卫星送入太空的一个替代方法是使用激光，并人为地产生产生磁重联的等离子弧。然而，如果没有合适的激光强度，产生的等离子体太小而且不稳定，就无法准确地研究这些现象。
　　＂拥有所需功率的一个设施是大阪大学的激光工程研究所和他们的Gekko XII激光器。这是一个巨大的12束高功率激光器，可以产生足够稳定的等离子体供我们研究，＂Morita解释说。＂使用高能激光器研究天体物理现象被称为＂激光天体物理学实验＂，它是近年来的一种发展方法。＂
　　在《物理评论E》上报道的他们的实验中，高功率激光器被用来产生两个具有反平行磁场的等离子体场。然后，研究小组将低能量激光聚焦到等离子体的中心，在那里磁场将相遇，理论上将发生磁重联。
　　＂我们基本上是在重现太阳耀斑的动态和条件。尽管如此，通过分析来自低能量激光的光线如何散射，我们可以测量各种参数，包括等离子体温度、速度、离子价、电流和等离子体流速，＂Morita继续说道。
　　他们的关键发现之一是记录了磁场交汇处电流的出现和消失，表明磁重联。此外，他们还能够收集关于等离子体加速和加热的数据。该团队计划继续他们的分析，并希望这些类型的＂激光天体物理学实验＂将更容易被用作研究天体物理现象的替代或补充方式。
　　＂这种方法可以用来研究各种东西，如天体物理学冲击波、宇宙射线加速和磁湍流。Morita总结说：＂这些现象中有许多会损坏和破坏电气设备和人体。＂因此，如果我们想成为一个航天种族，我们必须努力了解这些常见的宇宙事件。＂