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美媒:科学家发现“比尔曼电池效应”可促成磁重联

2019-10-09 14:07:47 | 发布者:连岛鹿和网 | 热度:3789 
导读: 美媒称,从围绕行星的磁场到填满星系的气体,磁力贯穿整个宇宙,而且可以通过一种名为“比尔曼电池效应”的现象产生。现在,美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家发现,这种现象不仅能够创造磁

美媒称,从围绕行星的磁场到填满星系的气体,磁力贯穿整个宇宙,而且可以通过一种名为“比尔曼电池效应”的现象产生。现在,美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家发现,这种现象不仅能够创造磁场,还能够切断磁场,引发磁重联——这是一项了不起的惊人发现。

报道称,这种模拟以中国研究人员已经发表的实验结果为模板,后者研究了高能量密度等离子体——这种物质处于极端压力之下,例如存在于地核中。这些实验——PPPL没有参与——使用激光攻击一个固体金属目标中的一对等离子体泡。对这种三维等离子体的模拟实验跟踪了这些泡的扩张和比尔曼电池效应创造的磁场,还跟踪了这些磁场的碰撞以及随之产生的磁重联。

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报道还称,模拟高能量密度实验需要跟踪数以十亿计的离子和电子的互动以及它们与这种运动所创造的电磁场之间的互动,这种模拟被称为三维动力学模拟。研究人员利用能源部橡树岭国家实验室的“泰坦”超级计算机展开了这些模拟实验。

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报道称,这项新研究成果通过计算机模拟揭示了比尔曼电池效应此前不为人知的一个作用,有助于增强人们对于磁重联的理解。磁重联是指等离子体中的磁场线在被快速切断后以激烈的方式重联,它产生了北极光、太阳耀斑以及能够扰乱地球上手机信号和电网的地磁暴。

据美国每日科学网站10月19日报道,比尔曼电池效应可能是人们这个宇宙中无处不在的磁场的一个来源。这种效应产生于温度和密度不一致的等离子体——一种由自由电子和原子核构成的物质形态。这种等离子体的顶部可能比底部热,左侧的密度可能比右侧高。这种不一致造成了一种电动势,它能够产生电流,进而产生磁场。这一过程以1950年发现这一现象的德国天体物理学家路德维希·比尔曼的名字命名。

这种模拟显示,重联的磁场线温度激增,逆转了创造出这些磁场线的比尔曼电池效应的作用。由于温度激增,比尔曼电池效应摧毁了它自己创造的磁场线,像剪刀剪断橡皮筋一样将其切断。被切断的磁场在远离最初重联点的下游处再次重联。马泰乌奇说:“这是第一个显示由比尔曼电池效应促成磁重联的模拟实验。这一过程此前不为人知。”

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美国《物理评论快报》周刊上的一篇论文描述了这一过程,该论文的第一作者是PPPL等离子体物理学项目研究生杰克逊·马泰乌奇。他说,这一研究结果“为在实验室复制在天体物理等离子体中观察到的重联现象提供了一个新平台”。这篇论文的共同作者包括马泰乌奇的论文导师、就职于PPPL的威尔·福克斯,PPPL理论部负责人阿米塔瓦·巴塔查尔吉,以及其他实验室的研究人员。

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