Honey, I Blew up the Tokamak
http://www.physorg.com/news170949564.html
August 31st, 2009
磁重連（Magnetic reconnection）或許是宇宙最愛讓事物爆炸的方式。那在任何漫步磁場的空間中起作用 -- 那幾乎可說是任何地方。在太陽磁重連時所導致的太陽閃焰（solar flares，太陽耀斑、日焰）如 10 億顆原子彈那麼強大。在地球的大氣中，它為磁暴（magnetic storms）與極光加油添醋。在實驗室中，它能在核融合反應器中引發大問題。它無所不在。
問題是，研究者無法解釋它。
基本原理已經夠清楚了。磁力線交錯、抵消然後 -- 砰！磁能以熱還有帶電粒子之動能的形態宣洩。
但怎麼辦到的？簡單的磁力線交叉如何觸發驚人的爆發？
"某些非常有趣且基本的東西正在發生，我們並沒有真的了解 -- 無論是從實驗室實驗或是從模擬，" Melvyn Goldstein 說，NASA Goddard 航太中心地球空間（Geospace）物理實驗室主任。
NASA 準備要發射一項任務以搞清楚這個謎的真相。它被稱為 MMS，是 Magnetospheric Multiscale Mission（磁氣圈多尺度任務），而且是由四艘太空船所組成，那將飛過地球的磁氣圈（magnetosphere，磁層、磁力圈）來研究作用中的重連。這項任務在 2009 年五月通過初步的設計複審，並在六月獲准執行。工程師現在正開始建造太空船。
"地球的磁氣圈是一處研究磁重連的超讚自然實驗室，" Southwest Research Institute 的任務科學家 Jim Burch 表示。"它很大、寬敞且發生在該處的磁重連幾乎不曾停止。"
在磁氣圈的外層內，地球的磁場遇著太陽風，磁重連事件創造出臨時的「磁入口（magnetic portals，磁門）」連接著地球與太陽。在磁氣圈內，一個長長的拉出（drawn-out）結構稱為「磁尾（magnetotail）」，磁重連將高能電漿雲朝地球推進，當它們碰到時觸發了北極光。那有許多其他的例子，而 MMS 將會全部探索。
這四艘太空船將在 Goddard 航太中心建造。"每個觀測器形如巨大的曲棍球（扁球），直徑約 12 呎，高約 4 呎，" Karen Halterman 說，MMS 計畫經理。
該任務監測電磁場與帶電粒子的的感應器正在美國各大學與實驗室裡建造，由 Southwest Research Institute 領頭。當儀器完成，它們將被整合到位於 Goddard 的太空船架上。預計在 2014 年由 Atlas V 火箭發射。
MMS 所學到的任何新物理學，最終都能幫忙減輕地球上的能源危機。
"多年來，研究者一直企盼核融合成為我們星球上一種乾淨且充足的能源，" Burch 說。"方法之一，磁囿核融合（magnetic confinement fusion）透過托克馬克（tokamaks）這樣的裝置，已產生大有可為的成果。但要維持容納在腔室內的電漿會有問題。"
"主要問題之一是磁重連，" 他繼續。"一種壯觀且甚至是危險的磁重連結果已知是為鋸齒形下墜（sawtooth crash）。當熱在托克馬克中累積，電子溫度達到高峰接著「下墜（crashes）」到較低的值，而某些熱電漿逃脫了。這起因於磁重連與封閉場（containment field）。"
據此，你也許會猜想托克馬克會是個研究磁重連的好地方。但，非也，Burch 說。托克馬克中的磁重連發生在非常小的體積中，僅有幾公釐寬，那非常難以研究。幾乎不可能建造出小到足以探測磁重連區域的感應器。
地球的磁氣圈好多了。在這個遼闊的、圍繞我們地球的磁泡泡中，此過程在橫越數十公里的空間內結束。"我們能在裡面與四周飛太空船，並好好觀察發生什麼事，" 他說。
這就是 MMS 要做的是：直接飛入磁重連區域。太空船堅固到足以抵擋已知會發生在地球磁氣圈內的磁重連事件的能量，所以在整整二年的探索任務中，再也沒有任何妨礙了。
更多任務訊息詳見 MMS 首頁： http://mms.space.swri.edu/
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