近日，天文學(xué)期刊《天文和天體物理學(xué)研究》（Research in Astronomy and Astrophysics）發(fā)表了云南天文臺(tái)太陽爆發(fā)現(xiàn)象和CME理論研究組的碩士研究生張怡寧和葉景博士等人的最新工作。他們的研究發(fā)現(xiàn)，在太陽爆發(fā)耀斑的大尺度電流片中，由于撕裂模不穩(wěn)定性的發(fā)生會(huì)使得電流片中出現(xiàn)湍流。他們的工作量化分析了出現(xiàn)湍流后的磁重聯(lián)速率、耗散率、耗散尺度等，發(fā)現(xiàn)湍流通過增寬電流片的方式有力加速了電流片內(nèi)的磁重聯(lián)過程。

　　太陽耀斑是太陽系內(nèi)最劇烈的爆發(fā)活動(dòng)之一，在一次大的耀斑事件中能釋放高達(dá)1032爾格的能量到行星際空間。而磁重聯(lián)過程在耀斑的能量釋放中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。根據(jù)Lin-Forbes模型，在太陽大氣中，一個(gè)大尺度的中性電流片連接著太陽耀斑和相應(yīng)的爆發(fā)磁繩，這個(gè)電流片是發(fā)生磁重聯(lián)的主要場所。經(jīng)典的理論預(yù)期電流片的寬度在離子慣性尺度（幾十米到幾百米），而觀測中發(fā)現(xiàn)的電流片寬度往往在104-105公里量級(jí)。它們之間的巨大差異可能跟電流片內(nèi)的湍流相關(guān)，因此準(zhǔn)確地量化電流片中湍流引起的能量耗散過程對(duì)于理解太陽耀斑中的快速能量釋放至關(guān)重要。

　　研究人員利用2維的高分辨率磁流體力學(xué)（MHD）數(shù)值模擬，基于經(jīng)典的雙帶耀斑模型并考慮了重力分層情況分析了大尺度耀斑電流片中的湍流對(duì)于磁重聯(lián)過程的影響（如圖1）。隨著撕裂模不穩(wěn)定性在電流片中的發(fā)生，磁重聯(lián)速率出現(xiàn)了明顯的躍升。研究人員考察了電流片內(nèi)部的耗散速率，定性發(fā)現(xiàn)湍流在電流片中的出現(xiàn)相當(dāng)于引入了一種額外的耗散方式，極大提升了其中的耗散速率。通過對(duì)于磁能能譜的分析，研究人員計(jì)算出了相應(yīng)的耗散尺度為100-200公里的量級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)典理論所認(rèn)為的離子慣性尺度（在日冕環(huán)境為幾十米至上百米），對(duì)應(yīng)著磁島之間相互作用時(shí)產(chǎn)生的次級(jí)磁重聯(lián)電流片的厚度。另外，根據(jù)Biskamp的理論，他們得到了電流片整體厚度的范圍在1500-2500公里之間，很好地對(duì)應(yīng)了觀測上得到的電流片厚度的量級(jí)，說明觀測中得到的結(jié)果符合Taylor尺度的理論預(yù)期。

　　另一方面，研究發(fā)現(xiàn)在耀斑環(huán)頂部的終止激波區(qū)域?qū)τ诜糯笸牧鞒潭扔幸欢ㄗ饔?，具體的放大因子則與終止激波附近位形有關(guān)。而通過對(duì)于能量轉(zhuǎn)化率的計(jì)算表明，在終止激波區(qū)域內(nèi)對(duì)于熱能轉(zhuǎn)化相較于動(dòng)能有更高的轉(zhuǎn)化效率。

　　該工作獲得了中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)（A）類研究項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目、云南省高層次人才培養(yǎng)支持計(jì)劃-云嶺學(xué)者項(xiàng)目、云南省太陽物理科學(xué)家工作室項(xiàng)目的支持。數(shù)值模擬、算法開發(fā)和圖像數(shù)據(jù)處理均完成于云南天文臺(tái)計(jì)算太陽物理實(shí)驗(yàn)室。

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　　圖1. 在模擬中，密度的分布（背景彩色部分）和磁力線（灰色實(shí)線）的演化情況。