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简介：天文学家在观测太阳过程中，首次发现由火山喷发这一外部驱动因素引发的磁重联——指由于太阳磁力线周期性折断并重新排列，磁能转换成动能、热能和粒子加速度。该发现对进一步研究强制重联及建立预测模型有重大意义。
在进行太阳天文学研究的过程中，科学家们注意到，太阳磁场错综复杂的磁场线会呈现断裂-重组的周期性变化。这个过程被称为磁重联，其中一个物体的磁拓扑结构被重新排列，磁能转化成动能、热能和粒子加速度。
然而，在观察太阳时，一个由印度天文学家组成的团队目睹了一种前所未有的现象——由附近的一次太阳爆发引起的磁重联。这一观测结果证实了十年前关于磁重联及其外部驱动的理论，并可能引发一场对空间天气的理解以及可控核聚变和等离子体实验的革命。
作出此次发现的团队由印度理工学院（BHU）太阳能科学家阿布舍克·斯里瓦斯塔瓦领衔，成员包括来自南波希米亚大学、北京大学地球与空间科学学院、数学等离子体天体物理学中心、印度天体物理学研究所和阿尔马天文台的天文学家。
利用美国航天局太阳动力学观测台的数据，斯利瓦斯塔瓦和他的同事们观测到一次与众不同的磁爆。它开始于太阳大气层（日冕）的上游，那里有一个由太阳表面的一次爆发产生的巨大的物质环（又名：日珥）。随后，环状日珥开始降回表面，但紧接着撞击到大量的纠缠场线从而引发了磁爆。
图解：如图所示，日珥高出太阳表面5万多公里。相比之下，地球直径12700公里的日珥也显得很小。图源：NASA
斯里瓦斯塔瓦这样解释道：“这是（我们）第一次观察到一个由外部驱动的磁重联，这对于理解其他系统非常有用。例如，地球和行星磁层、其他磁化等离子体源，包括等离子体高度扩散且很难控制的实验室规模实验。”
图解：直径约60万公里的磁化等离子体墙将使太阳系的其他星球相形见绌。图源：NASA
在以往的案例中，在太阳和地球周围观测到的磁重联在本质上是自发的。此类自发现象只发生在太阳的特定区域，该区域具有一层薄薄的只能传导微弱电流的电离气体（也称等离子体）。
尽管15年前人们就首次提出了由爆炸驱动的强制重联的可能性，但还没有人直接观测过这种可能现象。这种类型的重联可以发生在更广泛的范围，在那里等离子片导电时电阻甚至更低。然而，它也需要爆发来触发，这将挤压等离子体和磁场，并导致它们重联。
图解：根据SDO收集到的数据，这是太阳场线的美化图像。资料来源：NASA/GSFC/太阳动力学观测台
利用SDO，研究小组能够通过检测太阳的波长来研究这种等离子体，该波长显示粒子被加热到100 - 200万摄氏度(180 - 360万华氏度)。这使得他们能够在历史上第一次观察并拍摄到日冕强制重联事件的图像。它开始于日冕中的日珥落回光球层，在那里它撞击到大量的场线，并以独特的X形重联。
图解：太阳磁场会在光球层上方形成巨大的太阳等离子体环。图源：NASA
为什么日冕实际上比低层大气温度高数百万度——这对于天文学家一直是个谜团，磁重联为此提供了一个可能的解释。为了解决这个问题，太阳能科学家们花费几十年的时间寻找一种可能的机制来驱动这种热量。
考虑到这一点，斯利瓦斯塔瓦和他的团队观测了多个紫外波长的等离子体，以计算它们在重联事件后的温度。数据显示，比周围的日冕温度低的日珥在重联事件后变热。这表明，强制重联可能是日冕局部变热的原因。
图解：发光的等离子体形成的环状和弧状轨迹。位于太阳盘的中心附近的蓝色闪光是一种中等强度的M6.5级耀斑，从活跃区域AR 11719爆发。图源：NASA
虽然自发的重联仍然可能是一个影响因素，但强制重联似乎影响更大，它能够更快、更高和更可控地提高等离子体温度。与此同时，斯利瓦斯塔瓦和他的同事们将继续寻找更多的强制重联事件，以期更好地理解它们背后的机制以及可能发生的频率。
这些结果也可能导致更多对太阳的研究，以确定像耀斑和日冕物质抛射这样的爆发事件是否也会导致强制重联。由于这些爆发是空间天气背后的驱动力，而空间天气会对地球上的卫星和电子基础设施造成严重破坏，因此对强制重联的进一步研究可能有助于建立更好的预测模型。
图解：日冕物质抛射 图源：NASA
反过来，这些将允许在耀斑或抛射发生前进行早期预警和采取抢先一步的措施。理解磁重联是如何被外部驱动力驱动的，也可能导致实验室取得突破。对于聚变实验来说尤其如此，科学家们正在研究如何控制超高温等离子体流。
作者： Matt Williams
FY: 光子
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