💡这项突破是什么?
近日，北京师范大学文理学院、物理与天文学院教授仲佳勇团队与中国原子能科学研究院（简称“原子能院”）等研究机构合作，利用我国高能量密度强激光装置，首次完整演示了日冕纳耀斑通过磁重联加热日冕的物理过程。这一成果为长期困扰太阳物理学界的日冕加热问题提供了直接的实验证据，对理解恒星大气中的能量释放机制及其对行星空间环境的影响具有重要的科学意义。相关工作在国际物理学期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表。
众所周知，离热源越远，周围的温度就越低。日冕是太阳最外层结构，温度却高达百万开尔文，远高于约5700开尔文的光球层。这一反常现象被称为日冕加热问题，被《科学》期刊列为当代天文学八大未解之谜之一。1988年提出的纳耀斑假说认为，大量微小磁重联事件的累积效应可维持日冕高温，但纳耀斑如何在日冕中自发触发并最终使日冕加热始终缺乏直接实验回答。
对此，联合团队依托我国神光II装置开展了系列实验。强激光辐照CH调制靶，驱动界面上的Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性增长，形成蘑菇状“尖钉”结构。研究团队利用法拉第旋光诊断，观测到相邻尖钉之间自组织形成的方向相反的磁场（强度约15特斯拉），确认了磁重联发生所需的磁场拓扑条件。进一步的光谱测量发现，尖钉区域的电子温度达70.8±6.5电子伏特，约为平面靶对照组的两倍，表明存在激波压缩之外的附加加热机制。数值模拟进一步表明，尖钉区域的焦耳加热率高出黏性耗散近一个量级，而当在模拟中人为关闭磁场产生机制时，增温随即消失，证实磁重联耗散是这一反常增温的主导机制。实验测得的无量纲磁重联率约0.078，与快磁重联理论及太阳纳耀斑的估计值一致。标度律分析进一步表明，实验条件与太阳日冕雨交界面的无量纲参数相当，此类过程的累积加热可支撑日冕百万度量级的高温。
图1. 实验装置与物理原理示意图。（a）诊断布局。（b）RTI驱动磁重联的原理示意图。（c）调制靶结构示意图。（d）5 ns时刻的阴影图像。
图2. 软X射线光谱诊断与电子温度测量。（a）平场光栅光谱仪排布示意图。（b）Case I（调制靶）与Case II（平面靶）的原始光谱图像。（c）波长标定后的相对强度谱。（d-e）两种情况的玻尔兹曼图，基于其斜率给出电子温度。
该研究首次在实验室构建了从流体不稳定性到等离子体加热的完整物理闭环，为日冕加热“自下而上”机制提供了直接实验支撑，也为利用高功率激光装置研究恒星大气磁重联开辟了新途径。
仲佳勇带领的北师大实验室天体物理团队，长期致力于利用强激光主动、可控地模拟各类天体等离子体过程。早在2010年，团队与合作者利用神光II装置构造激光等离子体磁重联拓扑结构，成功模拟太阳耀斑环顶X射线源与重联喷流，开辟了实验室天体物理研究的新方向，成果入选2011年度中国科学十大进展；2023年，团队首次在实验室实现激光驱动等离子体湍流磁重联，成果发表于Nature Physics。2026年，团队还受邀在Nature Reviews Physics发表该领域重要综述文章。本次工作是该团队将实验室天体物理方法应用于日冕加热问题的又一重要进展。
原子能院副研究员孙伟与北京师范大学文理学院物理系副教授平永利为共同第一作者。原子能院研究员吕冲、教授仲佳勇和研究员郭冰为共同通讯作者。该项研究由中国原子能科学研究院、北京师范大学、北京大学、国防科技大学、北京应用物理与计算数学研究所、哈尔滨工业大学、内蒙古大学、中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所等研究团队联合完成，项目得到了国家自然科学基金杰出青年科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、原子能院创新基金及财政部稳定支持项目的资助。
