天体中剧烈释能现象的实验室模拟

传统的天体物理研究是一种远距离、长时间观测为主的研究方式，利用强激光可以产生与天体类似的极端条件，这使得人们可以在实验室中开展近距、可控、主动的天体物理问题研究。本项目旨在通过激光科学和天体物理领域的合作和联合，针对天体中的剧烈释能现象，结合现有的实验条件，采用实验室手段，研究天体喷流、高能宇宙射线和粒子加速等重要天体物理现象。在已有的工作基础上，通过强激光与等离子体相互作用产生高马赫数喷流，并在多个谱段（红外、可见、X射线）对其形态和时空演化进行研究；对无碰撞冲击波、磁重联粒子加速等过程进行理论和实验研究，加深对宇宙高能粒子加速过程的理解，并探索可能的新机制、建立新模型。

利用强激光可以产生高温、高压、强电磁场等极端条件，这些条件与天体中一些重要现象或者物理过程接近或者类似，这使得人们可以在实验室中，针对天体物理中的若干重要问题，开展近距、可控、主动的实验研究。这种新的研究模式无疑是对传统天体物理研究方法的有益补充和丰富。.针对本项目的原定研究目标，结合现有激光和实验条件，我们设计了切实可行的实验方案，在实验室中开展了四个方面的研究：深入研究了磁重联的产生、优化和对粒子的加速过程；深入研究了无碰撞冲击波的产生；研究了激光驱动的高马赫数喷流的产生及其与周围物质的相互作用；新增了激光驱动超强磁场、核天体物理、相对论条件下实验室天体物理新方向的探索。.通过5年的努力，取得了明显进展。首次观测到了磁重联电子扩散区的细致结构，证实了磁重联对粒子的加速作用，通过控制实验条件，产生与太阳高能电子一致的能谱分布；利用电热线圈靶首次实现了强激光驱动的低beta磁重联；在无碰撞冲击波研究中，首次实验证明了Weibel不稳定性可以存在于非相对论条件下；在高温低速的等离子体中实现了静电不稳定性激发的无碰撞冲击波；实现了外加磁场和辐射冷却对高速喷流的准直；再现了 HH110/270系统中的喷流偏折；实验模拟了太阳大气与行星或者彗星相互作用产生的tail现象；提出了一种利用冷电子回流产生超强磁场的新途径；发展了实验室核天体物理和相对论实验室天体物理的新方向。.项目执行期间，共发表论文58篇（其中Phys. Rev. Lett. 4篇）（标注资助），做国际会议邀请报告30次。项目成员中一人入选中青年科技领军人才和万人计划、一人获得优青；一名研究生荣获全球华人物理与天文学会（OCPA） Outstanding Dissertation Award、蔡诗东等离子体物理奖、中科院院长特别奖。与国际上进行相关研究的主要实验室建立了紧密的合作伙伴关系，开展了多次实质性实验和理论合作研究，取得了良好效果。在国内形成了一支稳定的实验室天体物理研究队伍，并具有较高的国际影响力。