由微观物理学支配的宏观现象

由微观物理学支配的宏观现象

在外空同时获取微观和宏观信息是困难的。遥远天体物理现象的全球图像提供了宏观信息;但是，无法访问本地信息。与此相反，利用航天器进行的现场观测提供了地球磁层等现象的微观信息，但在近空间难以获得全局信息。

所谓的“实验室天体物理学”是大阪大学诞生的一个相对较新的领域，在世界各地被采用和发展，空间和天体物理现象被实验研究。大阪大学由仓上康弘领导的一个研究小组利用大阪大学激光工程研究所的Gekko XII激光设备，首次在激光产生的等离子体中发现了由电子动力学驱动的磁重联。磁重联是宇宙中的一个重要因素，在宇宙中，磁场的反平行分量以等离子体动能的形式重新连接并释放磁能。在磁重联触发过程中，电子动力学被认为是必不可少的;然而，在外空观测电子尺度、微观信息和宏观重连结构一直是一项极具挑战性的工作。

研究小组对激光产生的等离子体施加弱磁场，使只有电子与磁场直接耦合。等离子体准直只在磁场作用下进行，即，磁场受等离子体压力和局部反平行的影响而发生畸变。进一步用环境等离子体施加外部压力，通过等离子体发射成像观察到具有尖端特征的等离子体。等离子体以电子质量定义的Alfven速度传播，表明电子动力学驱动的磁性重连接。

这项研究的结果将有助于阐明电子在实验室等离子体中的作用。由于电子的时空尺度远小于离子的时空尺度，在对现象的整体结构成像时，解决电子尺度现象具有很大的挑战性。在外层空间也是如此，因为很难同时获得微观和宏观信息。在这项研究中，磁场的强度被控制到只允许电子与磁场结合。这是实验室实验的一个独特而强大的特点，因此，实验室天体物理学可以作为研究空间和天体物理现象的替代工具。电子动力学的作用不仅对磁重联至关重要，而且对宇宙和实验室中的各种现象也至关重要，包括聚变等离子体。对宇宙的更多了解将导致未来的新技术。