桌面上重现的空间湍流

G拉文德拉·库马尔 & 孟买塔塔基础研究所团队

甘地纳加尔血浆研究所Amita Das & teaM

科学家们一直在研究外层空间的几个不同特征，以期进一步解开宇宙的秘密，其中之一就是磁场湍流的无处不在的现象。磁场无处不在-在行星，恒星，星系，气体云中。通常，这些磁场是无序的，混乱的和不规则的。磁场强度的急剧波动和突然断裂。科学家将这些称为磁场湍流，类似于洋流的湍流或工业烟囱烟雾的扩散。

科学家们并不完全了解磁场中这种湍流的原因和性质。尽管如此，他们认为这种湍流对宇宙的形成和行为方式具有重要的见解。孟买的TIFR和甘地纳加尔的IpR长期以来一直对高能量密度物质的研究感兴趣。TIFR的实验一直在尝试创建温度和密度的极端条件，以模仿外层空间的条件，而知识产权理论家一直在尝试对这些系统进行建模并模拟结果。最近，我们产生了突破性的结果，我们认为可以帮助我们更好地理解磁场湍流的性质。

我们的实验涉及用高能激光脉冲激发固体表面，每个脉冲持续几十飞秒，通常被称为 “超快光”。在很短的时间内 (飞秒是万亿分之一秒的千分之一) 的强大能量爆发可通过激发电离电子来确保温度的大幅升高。但是，固体中的正离子比电子重得多，在相同的时间范围内无法充分激发。这些需要更长的曝光时间才能激发，大约是1,000秒的飞秒。但是这种曝光是不可用的。因此，我们看到的是温度突然升高，但实际上是零热膨胀。在激光脉冲激发过程中，固体的密度不会改变，这与通常情况下固体在缓慢加热时会膨胀的情况不同。在所有这些激发结束时，我们在固体表面上有热的，致密的电离气体，称为 “等离子体”。

在我们的实验中，我们应用了经典的 “泵和探针方法”。每个激光脉冲被分成两个。第一个会激发电子，而第二个会从第一个开始延迟并降低能量，会观察到暴露于第一个脉冲的影响。使用了重复的脉冲，每个脉冲在固体表面上照射一个新的部分。暴露于高功率激光脉冲的影响是由于电子的激发及其运动而在固体中感应出巨大的电流，尽管时间很短。电流反过来会产生一个巨大的磁场，数量级为数百万高斯。从角度来看，地球的磁场大约只有一个高斯。

当我们研究这些磁场时，我们注意到湍流的存在。令人惊讶的发现是，这种湍流的特征与卫星数据告诉我们的有关外太空磁场湍流的特征非常相似。观察到磁场能量密度的光谱特征非常相似。这是一个重大的惊喜，因为两个领域中磁场湍流的起源非常不同。它使我们提出，磁场湍流的光谱特性实际上与产生湍流的源无关。葡萄牙里斯本大学高级技术研究所与我们合作开展了这项工作。

真正令人兴奋的是，我们的结果进一步设计桌面实验来研究遥远行星和恒星中发生的过程的可能性。这些有可能增进对磁场湍流现象的理解。我们在《自然通讯》上发表了我们的发现，并于6月30日上线。这篇文章也是对predhiman Kaw教授的致敬，predhiman Kaw教授是开创性的等离子体物理学家，“印度核聚变努力之父”，他是一位伟大的教育家，也是一位慷慨的导师，他为我们在过去近20年的研究提供了许多愿景。他与我们共同撰写了这篇论文，但不幸的是在发表前几周就去世了。