云南天文台揭示磁重联产生物理机制 太阳“磁场舞蹈”之谜得破解

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记者3日从中国科学院云南天文台获悉，该台太阳爆发现象和日冕物质抛射（CME）研究团组首次通过辐射磁流体力学模拟研究，揭示了太阳大气中振荡磁重联现象的物理机制，为解释太阳耀斑等活动的周期性变化提供了全新理论模型，对理解太阳活动规律、助力空间天气预报具有重要意义。相关成果发表于《天体物理杂志》。
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磁重联是宇宙中普遍存在的能量释放过程，如同磁力线“断裂—重连”的剧烈“舞蹈”，可瞬间释放巨大能量，引发太阳耀斑、日冕物质抛射等剧烈活动。而振荡磁重联则是一种特殊模式：磁力线交汇形成的能量聚集区域的电流片，会周期性反转方向，其周期从几十分钟到数小时不等。此前，观测仅能记录这一现象，却无法解释其成因。
该团队博士研究生王逸夫、研究员倪蕾等人合力，通过2.5维辐射磁流体力学模拟，还原了太阳内部的磁通量绳从对流区浮升至大气并与背景磁场发生重联的过程。模拟显示，当电流片进入日冕后，其方向呈现准周期性反转。40个周期中，反转周期集中在约8—15分钟，最长达30分钟，与观测结果高度吻合，从而破解了太阳“磁场舞蹈”之谜。
研究团队发现，太阳对流区的对流和湍流运动是驱动这一“舞蹈”的关键。等离子体与磁场从对流区浮升时，会改变电流片周围的气压梯度与洛伦兹力，如同无形的手挤压电流片，使其缩短并在垂直方向形成新电流片，进而引发方向反转。此外，磁重联速率的100—400秒周期性起伏与太阳声波振荡周期一致，暗示太阳内部运动与大气活动存在深层关联。
此项研究首次将对流区动力学与日冕磁重联耦合，提出了振荡磁重联的新机制，解决了以往模拟周期与观测不符的难题，为理解太阳活动的周期性脉动提供了理论依据，有助于更精准地预测太阳风暴对地球的影响。