磁力线之间也可以湮灭？神秘的磁重联现象，或是太阳运动的泉源

不寻常的耀斑

2003年10月底，全世界的科学家们严阵以待，准备接受来自太阳的挑战。这段期间，人类有记载以来源史上最猛烈的一次太阳耀斑，就这样发作了。

耀斑，是太阳运动的一种，指的是太阳外貌局部区域突然释放大量能量的发作现象。在这个历程中，大量的电磁辐射陪同着种种微观粒子，射到太空中，波及规模极远，对人类的电子设备会造成庞大的影响甚至破坏。

为了掩护还在太空中的宇航员，地面人员下令他们躲到国际空间站专门防辐射的区域。可是，还袒露在太空的卫星就倒霉了，纵然接纳了暂时关闭的措施，但许多卫星仍然难逃永久性破坏的运气。

对于地球上的人们来说，有了地磁场的掩护，还算是相对宁静。可是，瑞士南部仍然因此而导致电力系统泛起问题，5万户住民因此断电。

导致这个效果的，正是磁重联现象。

什么是磁重联

所谓磁重联现象，其实看名字就明确了，就是磁场、或者说磁力线发生断裂，然后重新毗连的历程。

这个历程听起来就那么诡异——场还能断？没错，就是这么诡异。

凭据中科院科学家的先容，磁重联历程可以改变磁场的拓扑形态，释放磁场能量，使得等离子体能量急剧升高，并发生高速的粒子喷流，从而使行星磁层变得不稳定，触发磁层亚暴以及磁暴，导致极光等现象的发作。

这个历程，主要发生在磁层顶区域。磁层顶区域在哪呢？就是行星磁层和太阳风的接壤处，这里就叫磁层顶。也就是说，任何有磁场的行星都有磁层顶区域，也就可以发生磁重联现象。好比下图，就是当初卡西尼号探测器捕捉到的土星磁重联现象。

磁重联和太阳运动的关系

固然，磁重联也不是只有磁层顶可以发生。现在来说，科学家认为太阳内部也会发生磁重联现象，由于重联区磁场与等离子体的解耦效应，磁重联会体现为反向平行磁力线先相互靠近“断开”再“重新毗连”的现象。这其中磁力线的断开历程，也可以看作是磁力线之间的湮灭，因此磁重联现象又被称作磁场湮灭。

重新毗连后，富余的磁场能量就会转化为其他形式的能量（如动能、热能等），释放出去。这些能量突破太阳大气，就形成了日冕、耀斑等种种太阳运动。

当这些太阳运动所辐射的粒子以靠近光速的速度来到行星的磁层顶时，就会形成行星的磁重联。其实，磁重联的历程也可以简朴地来明白，好比NASA做的这张动图：

在地球上，我们如何运动可能更多的是取决于重力。而在地球上空，这些微观带电粒子的运动方式，则要由磁重联现象说了算。

磁层顶发生的磁重联现象，也不是只会导致欠好的效果。科学家认为，地球绝美的景观——极光，也很有可能是磁重联导致的。

而当我们寓目极光的时候，却很少有人知道，这是地球磁场为了掩护地表生物而与太阳风举行的屠杀。正是它与太阳风发生的磁重联，让太阳辐射的粒子无法伤害生物。极光，就是这场屠杀历程中的“火花”，也是地球给生物的温柔。

相关探测器

由于磁重联是个相对比力新的研究领域，所以世界上的相关探测器也并不许多。最著名的一个，就是NASA的磁层多尺度任务（Magnetospheric Multiscale Mission，简称MMS）。

2015年，NASA在佛罗里达的卡纳维拉尔角空军基地发射了四颗卫星，这些卫星就是执行MMS任务的主要武器。据先容，这4颗直径3米、高1米的八角形小卫星（天线在太空中展开，其长度可达60米），携带着相同的等离子分析仪、高能粒子探测仪、磁力计、电场仪器以及防滋扰设备，以4.5英里的间距漫衍，收集相关信息，提供应地面的科学家。

刚发射的时候，四颗卫星在地球上空4.35万英里上空盘旋，厥后由GPS导航控制调整到11.63万英里，约合18.7万公里，险些是地月距离的一半了，它们也是现在世界上飞得最高的绕地球人造卫星。

我国科学家也有对磁重联现象举行研究，不外据我相识，还没有像NASA的MMS这样的设备。同时，和MMS专注于对地球磁场的研究差别，我国科学家对太阳内部的磁重联现象研究得比力多（凭据我所相识的信息）。

未来研究

至少从现在来看，MMS任务还是人类探索磁重联的最重要渠道。只管许多科学家已经开始用盘算机举行模拟，也有些科学家观察其他天体的磁重联现象，但都没有从太空中看来得直接。岂论是相关研究人员，或者选择该偏向研究的学生，都以参考MMS的数据为主。

从50多年前有一点磁重联观点的眉目，到上世纪90年月科学家初窥其门径，再到现在的MMS任务，人类已经越来越重视磁重联现象了。它不仅是解释太阳运动的最佳候选者，也是地球掩护人类和地表电子设备免受太阳辐射伤害的关键，因此，磁重联的研究对于人类来说至关重要。

可是，不得不认可，人类对于磁重联现象的相识还很是有限，好比磁场能量究竟是怎样转化成其他形式能量的，以及其他许多问题，现在仍是未解之谜。从事该研究的科学家们，另有相当长的一段路要走。

幸亏，MMS的事情状态还很好，原本只有2年计划寿命的四颗卫星，如今已经多事情了3年。而据NASA的科学家先容，只要控制得好，它们的能源足够支持它们事情20年。

同时，随着其他国家陆续加入该领域的研究，相信磁重联现象的谜题，早晚会被揭开。届时，不仅电磁学可以大幅生长，而且人类也可以找到一个有效的措施，再也不用担忧太阳辐射对我们的影响了。而且，由于磁重联现象也会泛起在黑洞四周，到时候人类可以通过新的方式，来探测黑洞的秘密。