高能粒子是太空中多種爆發(fā)現(xiàn)象的重要參與者，例如高能質(zhì)子和電子能夠在地球極區(qū)電離層激發(fā)極光。與地球相比，巨行星的磁層內(nèi)存在豐富的重離子（如土星磁層富氧離子、木星磁層富硫離子），被加熱的重離子進(jìn)入電離層后，可以產(chǎn)生X射線波段的極光，能量遠(yuǎn)高于地球極光。在粒子加速加熱機(jī)制中，磁重聯(lián)是重要機(jī)制之一。在行星磁層內(nèi)，磁重聯(lián)的分布能夠影響磁層動(dòng)力學(xué)過(guò)程，位置一般位于磁層頂和磁尾（圖1）。日側(cè)磁層頂磁重聯(lián)將太陽(yáng)風(fēng)的能量和物質(zhì)輸入行星磁層，夜側(cè)磁尾的磁重聯(lián)過(guò)程則釋放堆積在行星磁層內(nèi)的能量。
圖1 土星磁重聯(lián)區(qū)示意圖。黑色曲線為磁層磁力線，箭頭表示磁場(chǎng)方向。中間球體代表土星。土星左側(cè)為日側(cè)，右側(cè)為夜側(cè)。藍(lán)色虛線為磁層頂，點(diǎn)虛線為弓激波。磁層頂上的紫色透明區(qū)域及夜側(cè)的粉色和綠色透明區(qū)域?yàn)橐驯簧钊胙芯康拇胖芈?lián)易發(fā)區(qū)。磁層頂右方紅色方框標(biāo)記區(qū)域?yàn)楸竟ぷ餮芯康娜諅?cè)磁盤磁重聯(lián)（Dayside Magnetodisc Reconnection，DMR）區(qū)域
不同于地球，木星和土星兩顆巨行星磁層內(nèi)都存在能夠噴發(fā)物質(zhì)（二氧化硫或者水）的衛(wèi)星，為磁層源源不斷地提供重離子。同時(shí)，巨行星高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使得重離子束縛在赤道平面并向外運(yùn)輸，最終形成唱片狀的磁盤。磁盤演化過(guò)程中的非線性過(guò)程能夠觸發(fā)磁重聯(lián)，將重離子團(tuán)拋出磁盤。這一過(guò)程一般認(rèn)為發(fā)生在巨行星磁層的夜側(cè)，因此只會(huì)影響夜側(cè)的磁場(chǎng)的活動(dòng)。近期，日側(cè)磁盤磁重聯(lián)（DMR）被證實(shí)存在（見前沿報(bào)道《土星磁層新重聯(lián)區(qū)》），顛覆了科學(xué)家此前對(duì)巨行星磁層動(dòng)力學(xué)過(guò)程的認(rèn)知。
DMR對(duì)巨行星磁層動(dòng)力學(xué)的影響需要更加深入的探索。中科院地質(zhì)與地球物理所地球與行星物理院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的郭瑞龍博士后及合作導(dǎo)師魏勇研究員與客座學(xué)者堯中華博士等人，通過(guò)對(duì)卡西尼號(hào)飛船的土星探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)研，找出了33個(gè)DMR事件，并對(duì)其中3個(gè)典型事例進(jìn)行了深入分析。
研究結(jié)果顯示：（1）日側(cè)磁重聯(lián)機(jī)制能夠非常有效加速電子和重離子（氧離子），其加速產(chǎn)生的重離子為日側(cè)極區(qū)輻射提供了重要的源；（2）在短時(shí)間內(nèi)，可以觀測(cè)到多個(gè)磁重聯(lián)區(qū)，說(shuō)明日側(cè)磁重聯(lián)過(guò)程是小尺度的，且可以密集地存在于日側(cè)磁盤內(nèi)：（3）研究還發(fā)現(xiàn)了'次級(jí)磁島'的存在（圖2），展示了日側(cè)磁盤磁重聯(lián)區(qū)的復(fù)雜性。
圖2 日側(cè)磁盤磁重聯(lián)觀測(cè)事例。淺紅色覆蓋區(qū)域?yàn)?次級(jí)磁島（secondary island）"
該研究有望為研究木星X射線的產(chǎn)生機(jī)制，以及木星南北極光亮斑的點(diǎn)亮過(guò)程提供新的思路。
研究成果發(fā)表于The Astrophysical Journal Letters。（Guo R L, Yao Z H, Sergis N, Wei Y, et al. Reconnection acceleration in Saturn's Dayside Magnetodisk: A multicase study with Cassini [J]. The Astrophysical Journal Letters, 2018, 868, L23. DOI:10.3847/2041-8213/aaedab）（原文鏈接）