自从宇航局上个月报告“重大”太阳耀斑活动以来，太空爱好者和几乎任何管理电网、轨道卫星或无线电通信网络的人都将注意力集中在太阳上。 物理学和天文学助理教授 刘奕欣最近发表了关于太阳耀斑背后物理学的研究，他就是其中之一。

“磁力线的断裂迫使磁化等离子体高速流出，”刘在描述发挥作用的自然力时说。“这是一种类似于从弹弓中弹射物体的磁张力，其规模是地球的许多倍。”

等离子体是物质的第四种状态，与固体、液体和气体一样。它由带电粒子组成，充满了可见宇宙的大部分。这些带电粒子沿着围绕太阳和地球的磁场线流动，就像汽车在车道上的移动一样。

最近引起关注的太阳耀斑和日冕物质抛射是磁场线合并并分开时引起的巨大能量爆发。爆炸产生的能量可以在一天内传播到太阳和地球之间 9400 万英里的范围内，并可能导致广播干扰和停电，例如 1989 年魁北克全省停电。

“磁重联会引起爆炸，释放大量能量，”刘说。

磁重联的基本原理是众所周知的。这个过程发生在磁场线被拉向彼此、分裂、重新连接，然后猛烈地折断时。但半个多世纪以来，研究人员一直在努力解释能量快速释放背后的精确物理学。

就在四月的灯光秀开始在太阳上爆发几周后，刘的研究发表在《 通信物理学》上。

它提供了第一个关于称为“霍尔效应”的现象的理论描述——它描述了电流和围绕它们的磁场之间的相互作用——决定了磁重联的效率。

引用

我们现在有一个完整的理论来解决这个长期存在的问题，即是什么推动了自然界中一些最具爆炸性的奇观的速度。

理论论文侧重于“重新连接率问题”——确定决定线路会聚和拉开速度的机制。

该研究由博士后研究员 李晓灿和 Guarini '24 的Shan-Chang Lin合着 ，研究表明，霍尔效应抑制了能量从磁场到等离子体粒子的转换。线合并处的压力是有限的。这迫使它们弯曲和收缩，从而产生加速重新连接过程的几何形状。

该研究小组由国家科学基金会和宇航局资助，正在与宇航局的磁层多尺度任务 (MMS) 合作，该任务使用四颗围绕地球磁层紧密编队飞行的卫星分析太空中的磁重联。来自仪器的数据将用于验证刘的理论发现。

据 MMS 理论和建模团队副组长刘说，近空间或远空间的磁重联会对地球上的日常生活产生重大影响。太阳最近的耀斑活动引起的太空天气和电干扰清楚地说明了这一点。

刘对磁重联的研究与之前的达特茅斯研究有着密切的联系。 Bengt Sonnerup是塞耶工程学院的悉尼 E. Junkins 1887 工程名誉教授，他被认为是第一个指出霍尔效应在空间等离子体重新连接过程中潜在重要性的研究人员。

“Yi-Hsin 的新工作代表了我们对这个过程的理解的巨大飞跃，”Sonnerup 说，他在 1961 年首次写到霍尔效应，并于 1979 年在达特茅斯对重新连接过程进行了分析。

新理论可以进一步加深对太阳耀斑和日冕物质抛射事件的技术理解，例如最近几周让研究人员着迷的事件。它还可以为研究地磁亚暴、太阳风和中子星和黑洞附近的等离子体提供信息。

虽然目前没有应用用途，但一些研究人员已经考虑在航天器推进器中使用磁重联的可能性。

“经过几十年的努力，我们现在有了一个完整的理论来解决这个长期存在的问题，即是什么推动了自然界中一些最具爆炸性的奇观的速度，”刘说。