中国科学院云南天文台太阳活动和CME理论研究团组叶景副研究员与哈佛史密松天文台John C. Raymond研究员合作，通过三维磁流体动力学（MHD）模拟，研究了太阳爆发大尺度电流片的热力学湍流性质。该工作近期发表在美国《天体物理杂志》（The Astrophysical Journal），其结果表明三维湍流结构呈现各向异性的特征，充满整个电流片，但每个湍流结构只占据有限的局部区域，多种模式的磁重联模式可以同时发生。

一次典型的太阳爆发相当于几十亿颗巨型氢弹同时爆炸的能量，把大量的磁能通过磁重联转化为等离子体的动能和热能以及产生高能粒子。爆发过程中在日冕物质抛射（CME）和耀斑之间自洽生成的电流片是磁重联发生的核心区域。过去对CME驱动的电流片内的磁重联过程的研究主要限制在二维的模拟里，但近年的观测数据证明爆发事件存在很多三维特征，因此，进一步研究CME爆发中的三维精细湍流过程，将极大地加深我们对太阳爆发过程能量转化的认识，为未来太阳抵近探测计划奠定重要理论基础。

叶景等人基于太阳爆发Titov & Demoulin模型，通过高分辨率的MHD模拟，考察了高度动态的三维CME电流片的复杂几何结构和热力学特征。他们发现，磁岛不稳定性引起的湍流可以在局部引起更高的磁重联率，并且三维中的磁岛呈现为拉伸的磁流管状经历了比二维更复杂的分裂、融合以及纽缠过程。通过热力学分析，电流片内的等离子体加热主要由绝热压缩项和数值粘滞项主导，热传导项是平衡电流片内能量的关键性因素。

当电流片演化得足够长以后，电流片内湍流各向异性随着高度发生巨大变化，表现为在不同特征区域能谱指数的显著差异（图1）。以主X点为分界线，向上的出流以湍流磁重联为主，向下的出流以磁岛磁重联为主，在两个出流方向产生不同性质的湍流，说明多类磁重联过程可以同时进行。

该工作获得了科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金委重点项目、面上项目、云南省兴滇英才支持计划-云岭学者专项、云南省“兴滇英才支持计划”青年人才项目、云南省太阳物理科学家工作室、中国科学院“西部之光”青年学者项目的支持。

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图1. 电流片不同区域内的速度场分别沿XYZ方向的傅里叶能谱分析。其中，红色和黑色虚线分别标出X和Z方向的谱指数。