我国对日地系统磁重联现象研究取得系列突破

无论是哈勃太空望远镜最新公布的伽马射线蟹状星云，还是冰岛上空不可思议的极光，都让人感叹，同时让人觉得神秘不已。其实美丽的极光是来自太阳或地球磁层的高能粒子和地球两极高层空气中的粒子相碰撞，造成气体粒子被电离并发光的现象，而促使极光和伽马射线等壮美景象产生的背后力量，和一个叫磁重联的过程有关。

自然界许多最具爆发性的物理现象都与磁重联密切相关。这些爆发性物理现象包括太阳耀斑，来自太阳系外恒星的伽马射线暴等。太阳是很多空间天气事件的源头，源头发生太阳爆发之后，高超音速的日冕等离子体物质抛射产生的扰动会从太阳传输到地球，常引起亚爆、磁层扰动和一些对人类生活有较大影响的空间天气灾害，我们还可看到由高能粒子引起的极光等。磁重联在这些空间天气事件的源头起着重要的作用。

近年来，科学家们通过卫星探测、地面观测和计算机模拟等手段,对太阳爆发等空间天气灾害性扰动事件进行研究，发现这一过程中释放的巨大能量来源于一个空间等离子体基本物理过程——磁场重联。各国都在积极开展研究，包括美国宇航局也拟在戈达德空间飞行中心发射4个磁重联探测器对磁重联现象做进一步的深入。

（美国宇航局拟在戈达德空间飞行中心发射4个磁重联探测器）

太阳活动有两个主要过程，一是太阳耀斑，二是物质抛射。这些过程的能量从哪里来，其触发机制是什么？科学家们认为是聚集的磁场能量通过磁场重联释放出来的，就像磁场‘燃烧’一样，磁场能量转换成其他形式的能量，并加速粒子。

磁重联是空间物理和空间天气研究中一个十分重要的课题。人类要到太空中去，和平开发空间，就要能预测和预报太阳活动。因此，磁重联研究也是当前国际太阳物理，空间物理和等离子体物理的重点和热点研究方向。空间的磁场有不同的来源，不同来源的磁场拓扑结构不同，不同的拓扑结构交叉的地方就可能产生磁场重联。磁重联涉及电磁场变化、粒子流、等离子体不稳定性、极光等许多相关现象。

磁重联研究的重要性在于它有助于人们理解和认识太阳活动如何演变、如何触发和如何预报。磁重联的不稳定性也发生在实验等离子体中，与如何实现可控核聚变密切相关。磁场重联涉及磁场拓扑结构的变化，目前磁重联的触发机制，粒子加速过程，不同尺度的耦合和波粒子相互作用等基本问题还未彻底弄清楚。

日地空间是天然的实验室，人类可以通过卫星的遥测和局地观测并结合计算机模拟开展研究。因此，了解日地空间的磁重联现象有助于人们理解宇宙中发生的其他物理现象。我国目前已经取得许多成绩，包括各个方面和领域。在太阳物理方面, 通过空间全日面磁场、多波段电磁辐射和日冕仪观测，发现太阳活动中存在大尺度或全球尺度的磁场连接性和相互作用，发展了在向量磁场中证认三维磁零点的微分拓扑方法。

在行星际物理方面，发展了对行星际磁重联及其高能电子加速机制的新认识。在磁层物理方面，首次在日地空间发现了无碰撞磁场重联的观测证据，该研究涉及困扰天体物理、空间物理和等离子体物理近半个世纪有关磁能快速释放机制的重大难题。从宏观和全面的视角审视不同环境的磁重联，有助于我们更深刻地认识磁重联的本质，在其本质的认识上取得突破。