我院藤本桂三（Keizo Fujimoto）教授与阿尔伯塔大学Sydora教授合作，使用最新开发的技术和超算系统进行大尺度三维数值模拟，揭示了空间等离子体中磁力线断裂的机制。研究成果以“Electromagnetic turbulence in the electron current layer to drive magnetic reconnection”为题发表于《天体物理杂志快报》（Astrophysical Journal Letters）上，该杂志是天体物理和空间物理领域著名期刊，最新影响因子IF=8.201。

空间环境中充满了由电子和离子等带电粒子组成的准中性的等离子体，其中存在一些爆发性物理现象，如太阳耀斑，极光爆发和伽马射线暴。它们是如何发生的？这是空间物理学和天体物理学中被长期关注的问题。磁重联过程被认为是一个关键过程，它使磁场能爆炸性地释放成等离子体动能。然而，如何在稀薄高能等离子体中有效地发生场线断裂的问题一直没有解决，因为在这种情况下，库仑碰撞所产生的经典电阻率太小，无法引起有效的磁耗散。

为此，藤本桂三教授和他的合作者阿尔伯塔大学的Sydora教授使用最新开发的技术和超级计算机系统进行了大尺度三维数值模拟。他们发现，在电流片中产生了强烈的等离子体湍流，从而破坏了磁力线（图1：左）。令人惊讶的是，湍流力主要只作用于电子，而离子并未受到明显影响（图1：右）。结果表明，湍流几乎不会驱动电子与离子之间的动量交换，也就不会产生电阻率。他们的理论认为湍流产生了粘性，这是由于电子的动量传输破坏了磁力线。

这一发现对广泛用于空间和天体物理的磁流体动力学（MHD）模型进行了根本性的修改。大多数MHD模型采用临时电阻率来驱动磁重联，而该研究对这种处理方法提出了质疑，并建议在欧姆定律中使用粘度代替电阻率，即用E=-ѲJ代替E=J。

该研究工作受到国家自然科学基金的支持。

相关论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abe877

图1：三维湍动电流片（左）和作用于等离子体的湍流力（右）