科學家們採用了12個高功率的激光束來模擬微型太陽耀斑，以研究磁重聯的基本機制，這是一個基本的天文現象。與流行的看法相反，宇宙並不空虛。儘管有”浩瀚的虛空”這一說法，但宇宙中充滿了各種物質，如帶電粒子、氣體和宇宙射線。雖然天體可能看起來很稀少，但宇宙中卻充斥著各種活動。

美國宇航局概念圖像實驗室的截圖：”整個太陽系的磁重聯”。當反平行的磁場–在這種情況下，在太陽耀斑中發現–發生碰撞、斷裂和重新排列時，就會發生磁重聯。這個過程產生了一個高能量的爆炸，將粒子拋向太空。資料來源：美國宇航局概念圖像實驗室

粒子和能量在太空中的一個驅動力是一種叫做磁重聯的現象。顧名思義，磁重聯是指兩個反平行的磁場–如兩個方向相反的磁場–發生碰撞、斷裂，並重新排列。雖然聽起來很無害，但它遠不是一個平靜的過程。

“這種現像在宇宙中隨處可見，你可以在太陽耀斑或地球的磁層中看到它們。九州大學工程科學學院的助理教授、該研究的第一作者Taichi Morita解釋說：”當太陽耀斑積累起來，似乎’捏’出一個耀斑時，這就是磁重聯。事實上，極光的形成是地球磁場中的磁重聯所排出的帶電粒子的結果”。

儘管它經常發生，但該現象背後的許多機制還是一個謎。目前科學家們正在對其進行研究，例如在美國宇航局的磁層多尺度任務中，通過送入地球磁層的衛星實時研究磁重聯。然而，諸如重新連接的速度或來自磁場的能量如何轉換和分配給等離子體中的粒子等問題仍然沒有得到解釋。

將衛星送入太空的一個替代方法是使用激光，並人為地產生產生磁重聯的等離子弧。然而，如果沒有合適的激光強度，產生的等離子體太小而且不穩定，就無法準確地研究這些現象。

“擁有所需功率的一個設施是大阪大學的激光工程研究所和他們的Gekko XII激光器。這是一個巨大的12束高功率激光器，可以產生足夠穩定的等離子體供我們研究，”Morita解釋說。”使用高能激光器研究天體物理現像被稱為’激光天體物理學實驗’，它是近年來的一種發展方法。”

在《物理評論E》上報導的他們的實驗中，高功率激光器被用來產生兩個具有反平行磁場的等離子體場。然後，研究小組將低能量激光聚焦到等離子體的中心，在那裡磁場將相遇，理論上將發生磁重聯。

“我們基本上是在重現太陽耀斑的動態和條件。儘管如此，通過分析來自低能量激光的光線如何散射，我們可以測量各種參數，包括等離子體溫度、速度、離子價、電流和等離子體流速，”Morita繼續說道。

他們的關鍵發現之一是記錄了磁場交匯處電流的出現和消失，表明磁重聯。此外，他們還能夠收集關於等離子體加速和加熱的數據。該團隊計劃繼續他們的分析，並希望這些類型的”激光天體物理學實驗”將更容易被用作研究天體物理現象的替代或補充方式。

“這種方法可以用來研究各種東西，如天體物理學衝擊波、宇宙射線加速和磁湍流。Morita總結說：”這些現像中有許多會損壞和破壞電氣設備和人體。”因此，如果我們想成為一個航天種族，我們必須努力了解這些常見的宇宙事件。”