Krusninger i dammen af ​​magnetfeltgenopkobling

Størstedelen af ​​det synlige stof i universet består af ladede partikler eller plasmaer, som kan udvikle magnetisk feltgenopkobling (MR) på de steder, hvor magnetfeltets retning udviser en pludselig ændring. Gennem MR kan magnetfeltenergien effektivt overføres til plasmaernes kinetiske og termiske energier, resulterer i mange eksplosive plasmafænomener, der opstår på Solen, planetariske og pulsariske magnetosfærer, og endda sorte huller.

Grænsefladen eller magnetopausen mellem solvinden og Jordens magnetosfære (ved ca. 70, 000 km fra Jorden) er et af de mest sandsynlige steder i vores solsystem for forekomsten af ​​MR mellem interplanetariske og Jordens magnetfelter. Jordens magnetopause er også let tilgængelig for in-situ observationer af rumfartøjer, som ikke kan udføres på Solen og i andre astronomiske miljøer.

Magnetisk genforbindelse kan skabe revner ved magnetopausegrænsen for at forhindre den ledende magnetosfære i at beskytte Jordens rummiljøer perfekt mod solvind. I kerneområderne af MR skærer magnetfeltet med forskellige retninger hinanden, danner en X-linje. Identifikationen af ​​MR-signaturer i rummiljøer har længe været en observationel og teoretisk udfordring på grund af det faktum, at placeringen af ​​X-linjer ikke kan forudbestemmes, og rumfartøjet kan kun se begrænsede dele af strukturerne. NASA Magnetospheric Multiscale (MMS) rumfartøjet bestående af fire satellitter 15 km fra hinanden og opsendt i 2015 er en state-of-the-art mission, der sigter mod at studere multiscale fysik af MR.

Spejlbølger med krusninger som plasma og magnetiske felter er blevet observeret i vid udstrækning i solsystemet, som er et produkt af spejlustabilitet, der opstår under omstændighederne med stor temperaturanisotropi. Specifikt, når temperaturen vinkelret på magnetfeltet langt overstiger paralleltemperaturen, plasmaet kan let udvikle spejlets ustabilitet. Sådanne anisotrope temperaturkarakteristika er tydeligt bevist af MMS-observationerne, som har bidraget til fundene af spejlbølger i lille skala i solvinden, som ikke er set i tidligere rumfartøjsmissioner.

For nylig har et forskerhold ledet af professor Lin-Ni Hau fra National Central University (Taiwan) brugt NASA MMS rumfartøjsdata sammen med de teoretiske modeller til for første gang at afsløre den overordnede geometri af magnetisk genforbindelse (MR) med tilstedeværelsen af ​​en X-linje inden for det rumlige domæne på 2000 km x 2000 km. Inden for 15-30 sekunder efter at have krydset Jordens magnetopause, alle fire MMS-rumfartøjer med usædvanlig høj tidsmæssig opløsning på 0,15 sekunder har fanget, for første gang, signaturerne af spejlbølger, der omgiver X-linjen.

De to MR-begivenheder er placeret på 70, 000 km og 150, 000 km fra Jorden, henholdsvis, og udviser fælles træk ved plasma- og magnetfelt-bølger i MR-dammen med rumfartøjets stier mindre end 30 km fra X-linjerne. Sameksistensen af ​​MR- og spejlbølger understøtter den tidligere teoretiske forudsigelse af blandet MR- og spejl-ustabilitet, som kan give mere drastiske processer med energiomdannelse og plasmaacceleration. Den nye opdagelse offentliggjort i oktoberudgaven af The Astrophysical Journal Letters (ApJL) af Hau et al. kan have kastet lys over den mulige mekanisme for de eksplosive magnetiske genforbindelsesfænomener, der opstår i rummet, sol- og astronomiske plasmamiljøer.