磁重联指相反方向的磁场相互靠近时发生湮灭的过程，是等离子体的一种基本磁能释放机制，能有效加速和加热等离子体，常被用来解释宇宙天体中的爆发现象，例如太阳爆发、恒星耀发、伽玛暴和磁层暴等。过去几十年，人们在太阳爆发过程中观测到了诸多磁重联的物理特性,证明了磁重联在磁能快速释放过程中的核心作用。
除了在太阳爆发中的作用外，磁重联也是解释日冕加热的重要机制之一。太阳光球层的温度大约6千度，从光球往外经过色球层和过渡区就是广阔的日冕。由于太阳向外辐射的能量来自核心的聚变反应，按照热力学第二定律，离太阳核心越远温度应该越低。但是，观测却发现从光球往外大气的温度不降反升，在日冕中竟然高达百万度。是什么原因导致了日冕有如此反常的高温,这就是所谓的日冕加热问题。这一问题曾于2012年被Science杂志选为当代天文学的八大未解之谜之一。
图1.基于光球磁场外推得到的三维磁零点结构，灰色曲线形成了扇形穹顶，中间的汇聚点即为磁零点（红色圆点）。
近日，天文与空间科学学院程鑫教授领导的国际团队利用欧空局太阳轨道天文台（Solar Orbiter）上搭载的超高分辨率极紫外成像仪发现了以前从未探测到的持续性微小尺度磁重联过程。太阳轨道天文台是欧空局耗资15亿欧元于2020年发射的在黄道面以外近距离观测太阳和空间环境的综合性探测器，其上搭载的极紫外成像仪可以获得目前最高时空分辨率的日冕像。通过对第一批数据的深入分析，程鑫教授在活动区附近观测到了一个微小尺度的三维磁零点结构（如图1所示），发现围绕这个磁零点大约400公里内的等离子体温度一直维持在1千万度左右（如图2所示）。同时，他们还观测到等离子体团从磁零点向四周喷射，平均速度大约为80公里每秒。最重要的是，这种高速等离子体喷射现象一直持续进行着，说明零点磁重联一直在维持。通过定量估算发现这些零点重联能够提供足够的能量以维持日冕的高温特性。这一观测结果为破解日冕加热之谜提供了新的方向。未来，随着太阳轨道天文台距离太阳越来越近，可以期待更多更小尺度的类似事件被发现，最终解决日冕加热这一世纪难题。
图2：活动区附近的微型尺度磁零点重联在极紫外174埃波段产生的点状增亮。
该工作以题为Ultra-high-resolution Observations of Persistent Null-point Reconnection in the Solar Corona 于2023年4月13日在Nature Communications上发表（Nat Commun 2023 14, 2107 https://doi.org/10.1038/s41467-023-37888-w ）。欧空局同时对这一新发现以题为Tiny magnetic episodes may have large consequences on the Sun进行了报道，称这项工作为破解为何日冕存在百万高温这一困扰人们80年的谜题迈出了新的一步。（见ESA image/video release https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Videos/2023/04/Tiny_magnetic_episodes_may_have_large_consequences_on_the_Sun ）。文章第一作者和通讯作者均为程鑫教授，参与此项工作的主要合作单位包括德国马普太阳系研究所、英国圣安德鲁斯大学、法国索邦大学和巴黎天文台、中科院空间科学中心和比利时皇家天文台等。程鑫教授课题组的王雨雷副研究员、陈俊博士和博士研究生李海堂参与了本项工作的数据分析和理论计算，丁明德教授为本工作提供了重要的建议。
该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和德国洪堡基金会-高级访问学者计划的支持。