1 引言
傳統(tǒng)天文學(xué)依賴于對天體幅射和波譜的觀測與剖析。實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)為研究天體化學(xué)問題提供了一個(gè)新的途徑：利用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)來模擬、研究天體化學(xué)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)相對于傳統(tǒng)的天文研究方法，具有重復(fù)性好、條件可控的優(yōu)點(diǎn)[1]。利用大功率激光裝置，可以模擬一些天體中的極端化學(xué)環(huán)境，通過設(shè)置特定的實(shí)驗(yàn)條件可以對其現(xiàn)象和過程進(jìn)行剖析和研究[2]。實(shí)驗(yàn)室等離子體與天體化學(xué)中的等離子存在著標(biāo)度的不同，通過實(shí)驗(yàn)室等離子體推論天體化學(xué)等離子體常常存在一些困難。但在個(gè)別特定條件下，標(biāo)度變換規(guī)則容許我們在兩者之間構(gòu)建可靠的聯(lián)系并進(jìn)行相關(guān)的研究[3]。在往年的實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)的研究中，如超新星激波中的流體力學(xué)演變[4，5]、致密天體周圍的光致電離星風(fēng)[6]、天體磁場的重聯(lián)現(xiàn)象[7—10]等方向早已取得了眾多進(jìn)展。在磁重聯(lián)領(lǐng)域，我們首次借助神光II 高功率激光實(shí)驗(yàn)裝置成功模擬太陽耀斑，開辟了實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)研究新方向［8］。
近年來實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)研究又出現(xiàn)了一些新的研究方向和研究成果，如對流等離子體磁場結(jié)構(gòu)、沖擊波中磁場的紊流放大效應(yīng)、噴流中磁場的準(zhǔn)直效應(yīng)、激光驅(qū)動等離子體模擬太陽風(fēng)與磁場相互作用等，對以上幾個(gè)方向的研究有助于加深我們對原恒星以及—Haro 天體噴流、超新星遺跡沖擊波、地球極區(qū)磁層活動等天體化學(xué)現(xiàn)象的理解。本文就以上4 個(gè)研究方向?yàn)槔瑢?shí)驗(yàn)室天體化學(xué)近幾年取得的一些重要成果進(jìn)行簡略介紹。
2 主要研究進(jìn)展
2.1 激光驅(qū)動對流等離子體電磁場結(jié)構(gòu)
觀測和研究表明，在超新星遺跡僅存的無碰撞沖擊波[11]以及新生星體的內(nèi)部[12](如—Haro天體)，存在著自生磁場的作用。當(dāng)兩團(tuán)運(yùn)動方向相反的等離子體對撞時(shí)，能量逐級減小，在這一過程中會伴隨著自生磁場的形成[13]。通過合理安排特定的實(shí)驗(yàn)條件，可以在實(shí)驗(yàn)室中再現(xiàn)那些天體化學(xué)現(xiàn)象。N.L. 等[14]利用在實(shí)驗(yàn)室形成的對流超聲速等離子體，研究其大范圍、穩(wěn)定的電磁場結(jié)構(gòu)。這些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)始于某種尚不明晰的機(jī)制。該結(jié)構(gòu)的演變擴(kuò)散方向顯著垂直于初始的等離子流向，并且該結(jié)構(gòu)的形態(tài)演變遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了等離子體自身所應(yīng)有的空間尺度和演進(jìn)時(shí)間，這表明該結(jié)構(gòu)并非等離子體本身自由擴(kuò)散演變所產(chǎn)生的。這項(xiàng)研究對傳統(tǒng)的對流等離子體模型提出了挑戰(zhàn)，有助于加深對大尺度、長時(shí)標(biāo)等離子體自生磁場結(jié)構(gòu)的理解。 的實(shí)驗(yàn)是在英國考文垂激光研究所借助OMEGA EP(歐米伽性能擴(kuò)充)激光器舉辦的。實(shí)驗(yàn)設(shè)置如圖1 所示，兩束長脈沖激光(紫色)在CH2靶盤上驅(qū)動形成對流等離子體，等離子中的磁場用短脈沖激光(紅色)產(chǎn)生的質(zhì)子作為探針進(jìn)行確診。圖中的紅點(diǎn)拿來標(biāo)示靶室中心(TCC)。右側(cè)方框?yàn)榈湫偷馁|(zhì)子成像數(shù)據(jù)示意圖。
圖1 OMEGA EP(歐米伽性能擴(kuò)充)激光器上的靶、激光束以及確診裝置的實(shí)驗(yàn)設(shè)置圖[14]
根據(jù)所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)條件，發(fā)生碰撞時(shí)是不能直接觀測到兩束噴流互相滲透、碰撞停滯的過程。但是在質(zhì)子成像系統(tǒng)的時(shí)間窗口下可以獲得有關(guān)靜電和電磁等離子體不穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)。在打靶后2.5—3.5 ns 時(shí)，電子和離子被快速加熱，二者的氣溫都被提升了一個(gè)量級。這種熱碰撞過程可以通過質(zhì)子成像和等離子體動力學(xué)實(shí)現(xiàn)可視化。在實(shí)驗(yàn)中，N.L. 等通過質(zhì)子拍照裝置在等離子體對撞中間區(qū)域區(qū)觀測到了一種奇特的、相對穩(wěn)定的具有散焦線特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)被覺得是自生電磁場相互作用所形成的結(jié)果(圖2，圖中Te為電子體溫，ne為電子密度)。由圖2 可以看見兩團(tuán)等離子自形成至互相碰撞、作用的全過程，其較長的持續(xù)時(shí)間和奇特的散焦線結(jié)構(gòu)表明了自生磁場的存在[14]。盡管其具體作用機(jī)制尚不明晰，但客觀存在的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提供了進(jìn)一步闡述的思路。實(shí)驗(yàn)展示了在對流等離子體中的一種大范圍、穩(wěn)定的自生磁場結(jié)構(gòu)，但因?yàn)樵搮^(qū)域的高度非線性特點(diǎn)，因此當(dāng)時(shí)缺少有效的三維模擬結(jié)果來與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相吻合。
圖2 自生磁場的質(zhì)子成像圖(a)0.5 ns；(b)22 ns，Te=500 eV，ne=3×-3；(c)3.7 ns，Te=800 eV，ne=8×-3；(d)4.0 ns，Te=1000 eV，ne=8×-3；(e)5.2 ns，Te=900 eV，ne=11×-3；(f)7.0 ns
2.2 沖擊波中磁場的紊流放大效應(yīng)
超新星遺跡仙后A( A)的X射線和射電觀測闡明了一種比周圍星際介質(zhì)強(qiáng)約100 倍的磁場結(jié)構(gòu)。該磁場結(jié)構(gòu)的形成過程與外部沖擊波可能通過宇宙射線參與的非線性反饋過程相符。超新星遺跡內(nèi)部的強(qiáng)磁場來源雖尚不明晰，但很可能和紊流活動中的延伸和放大過程有關(guān)。在超新星拋出物與星周邊二氧化碳的非連續(xù)接觸面上，由于存在流體力學(xué)不穩(wěn)定性，湍流可能在此形成。然而，對仙后A的觀測結(jié)果表明，拋出物的相互作用具有高度的不均勻性，在超新星爆發(fā)前，稠密的星周邊二氧化碳云就早已產(chǎn)生了。
J. 等[15]通過實(shí)驗(yàn)手段研究了外部的沖擊波接觸到星周邊二氧化碳云時(shí)可能誘發(fā)的磁場紊流放大過程。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)沖擊波與塑膠網(wǎng)相互作用時(shí)，磁場被放大了。該實(shí)驗(yàn)可以解釋超新星遺跡內(nèi)部的同步幅射現(xiàn)象，以及在許多天體化學(xué)現(xiàn)象中都存在的化學(xué)過程：等離子體中紊流對磁場的放大作用。
圖3 為J. 等的實(shí)驗(yàn)設(shè)置圖。靶室外充有氣壓P=1±0.2 mbar 的氫氣，實(shí)驗(yàn)采用激光裝置( laser )的三倍頻激光(527 nm波長)，聚焦于一半徑為500 μm的碳棒上，焦斑半徑為300 μm。激光亮度為每1 ns 脈沖300±30 J。對應(yīng)的激光硬度為IL=4×1014 W/cm2。沖擊波演進(jìn)用縱向白色干涉拍照技術(shù)紀(jì)錄出來，探針光波長532 nm，門脈沖長度5 ns。由于實(shí)驗(yàn)中使用了白色干涉拍照技術(shù)檢測密度梯度，因此具有較小密度梯度的紊流，表現(xiàn)出較小的對比度。干涉儀為50 nm視場的馬赫—曾德爾干涉儀，用于檢測電子密度。經(jīng)過改良設(shè)計(jì)的感應(yīng)線圈具有100 MHz的帶寬。線圈被放置于距離碳棒即中心爆發(fā)點(diǎn)3 cm(根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置，個(gè)別實(shí)驗(yàn)中感應(yīng)線圈被放置于距離碳棒4 cm)處。感應(yīng)線圈由4 組纏繞成螺旋形的小線圈組成，4組小線圈以不同的方向圍繞著感應(yīng)線圈中軸，以測定不同方向的磁場。小線圈圍繞的軸中心為一截面1×1 mm2的塑料管。線圈中的的電流將被放大并分別抵消因?yàn)殡娏饕鸬牡入x子體電場成份，磁場可由法拉第定理得出。線圈周圍是由氮化硼管所形成的等離子體。
圖3 J. 等拿來形成沖擊波致紊流的實(shí)驗(yàn)設(shè)置圖(a)無網(wǎng)格的實(shí)驗(yàn)設(shè)置圖；(b)在距離碳棒1 cm處置一塑膠網(wǎng)格的實(shí)驗(yàn)設(shè)置圖；(c)無網(wǎng)格情況下，激光打靶后t＝300 ns時(shí)的白色拍照圖象；(d)有網(wǎng)格情況下，激光打靶后t＝300 ns時(shí)的白色拍照圖象[15]
無網(wǎng)格的FLASH 模擬(圖4(a))表明，沖擊波在碳等離子體和二氧化碳中的間斷作用下顯得不穩(wěn)定，產(chǎn)生了一個(gè)紊流，故其磁場的空間尺度大于3 mm。有網(wǎng)格的模擬結(jié)果(圖4(b))則顯示紊流的規(guī)格大概要大2 倍，流速快了50%，因此磁場的雷諾數(shù)要大3 倍。這與實(shí)驗(yàn)中檢測到的磁場硬度相符(圖4(c)，(d))。
圖4 磁場的時(shí)間演變圖(a)沖擊波經(jīng)過網(wǎng)格2.6 μs 后的FLASH模擬圖；(b)無網(wǎng)格的FLASH模擬圖(其他條件與圖(a)相同)；(c)距碳棒3 cm處測得的磁場演變示意圖；(d)無網(wǎng)格情況下的磁場演變示意圖(其他條件與圖(c)相同)[15]
天文觀測結(jié)果表明，超新星遺跡內(nèi)部區(qū)域中紊流結(jié)構(gòu)的活動周期約為10 年。超新星遺跡仙后A在射電波段表現(xiàn)為一個(gè)明亮的紊流環(huán)，這與其在X射線波段上表現(xiàn)為一個(gè)軸向磁場延展至沖擊波邊沿的低光度的穩(wěn)定偏振輻射源相符合。遺跡內(nèi)部是一個(gè)較寬的非熱輻射環(huán)狀源，外部是一個(gè)較窄的同步輻射源。外部較窄的同步輻射源形態(tài)與沖擊波的形態(tài)相符，標(biāo)示出了沖擊波的邊界。仙后A 中的磁場放大過程可以覺得來源于兩部份：一部分來源于超新星遺跡沖擊波上的宇宙射線，另一部分來源于天體噴流與星際介質(zhì)的相互作用。對于后一個(gè)過程，可以通過實(shí)驗(yàn)和模擬直接推論下來。J. 等通過實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果與觀測結(jié)果是相符合的。也就是說，一個(gè)紊流在沖擊波作用下會成長為一個(gè)相對穩(wěn)定的密度擾動，在等離子體擴(kuò)張演變的常年作用下，必將被放大并獲得穩(wěn)定的磁場，最終其規(guī)模會比初始的密度擾動大很多倍。
2.3 噴流中磁場的準(zhǔn)直效應(yīng)
盡管在好多天體化學(xué)系統(tǒng)中都觀測到了偶極噴流，但有關(guān)噴流噴吐后的結(jié)構(gòu)和形態(tài)的問題依舊在研究。B. 等[16]通過定標(biāo)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，對應(yīng)了一種初期的星體噴流，表明存在一種硬度與觀測結(jié)果相一致的極向磁場.由于該磁場的存在，造成了噴流穩(wěn)定且窄小的整體準(zhǔn)直效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室等離子體被集聚于一個(gè)內(nèi)部的空腔里，這促使噴流中出現(xiàn)了一個(gè)錐型的沖擊波。根據(jù)在完整的天體化學(xué)尺度上進(jìn)行的模擬結(jié)果，研究人員推測該項(xiàng)研究可能解釋近日發(fā)覺的在原星體噴流中低密度區(qū)域的X 射線爆發(fā)特點(diǎn)，比如人們熟知的原恒星HH154的噴流。
B. 等對噴流中磁場的準(zhǔn)直效應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行流體力學(xué)模擬，得到了如圖5 所示的碳等離子體密度(log10ρ，單位為g·cm-3)沿x－z 平面的二維圖象快照。其中圖5(a)為激光脈沖結(jié)束后10 ns，圖5(b)為20 ns；圖中箭頭代表速率矢量，實(shí)線代表磁場線，黑色輪廓線表示被加熱至70 eV 以上的等離子體。B. 等還在完整的天體化學(xué)尺度上進(jìn)行了模擬，并與實(shí)際天文觀測結(jié)果進(jìn)行了對比。如圖6(a)為時(shí)刻等于20年時(shí)(x－z)的質(zhì)量密度(log10ρ，單位為g·cm-3)分布示意圖，黑線代表磁場線，虛線圍出的區(qū)域代表等離子體溫度超過70 eV 的區(qū)域。由圖6(a)可見，在連結(jié)中心星體的星周盤系統(tǒng)中噴發(fā)出了一個(gè)各向同性的氫噴流，噴發(fā)的質(zhì)量損失率為10-8 M⊙ /y ；物質(zhì)以200 km/s的速率隨磁場沿z 軸方向運(yùn)動。圖6(b)為圖6(a)中實(shí)線區(qū)域的等離子體形成的X射線同步幅射的硬度分布，圖中顏色從黑到白表示輻射強(qiáng)度從最弱至最強(qiáng)(X 射線幅射硬度由每秒接收到的光子數(shù)目確定)。空間上，圖中每一象素點(diǎn)代表1 AU 的距離。圖6(c)為實(shí)際天文觀測的結(jié)果，數(shù)據(jù)來自錢德拉望遠(yuǎn)鏡所拍攝HH154 的X 射線相片。照片中從紅色到紫色的顏色分布代表了X射線的硬度：白色表示無X射線，紅色表示X射線硬度最強(qiáng)。照片左側(cè)最明亮的藍(lán)色區(qū)域表現(xiàn)出穩(wěn)定的X射線特點(diǎn)，該區(qū)域距中心星體(左側(cè)紅色箭頭所示的紅點(diǎn)處)約60 到80 AU。可見實(shí)際觀測的圖6(c)中左側(cè)X射線幅射區(qū)域的光度和距離特點(diǎn)，與圖6(b)模擬結(jié)果中距星體70 AU處的X射線亮區(qū)特點(diǎn)是一致的。
圖5 實(shí)驗(yàn)的磁流體力學(xué)(MHD)模擬[16] (a)激光脈沖結(jié)束后10 ns；(b)激光脈沖結(jié)束后20 ns
模擬結(jié)果顯示，由于等離子體所具有的極高氣溫和超高速的磁發(fā)電擴(kuò)張速率，因此磁場線被彎曲并壓縮，超出了沖擊波演變的范圍(圖5)。當(dāng)?shù)入x子體流體急劇彎曲、壓縮并凝聚到一點(diǎn)時(shí)，就會產(chǎn)生一個(gè)錐形震波，導(dǎo)致流體被聚焦并沿軸產(chǎn)生一個(gè)窄噴流。在完整尺度的天體化學(xué)條件下進(jìn)行的模擬也觀測到了類似的現(xiàn)象(圖6(a)，(b))，且模擬結(jié)果與錢德拉望遠(yuǎn)鏡所觀測到HH154 的實(shí)際數(shù)據(jù)相符合(圖6(c))。
圖6 在一新生星體系統(tǒng)中包含5 mGs 軸向磁場的噴流結(jié)構(gòu)與準(zhǔn)直三維模擬圖[16]
B. 等提出了穩(wěn)定窄噴流準(zhǔn)直過程的一個(gè)簡約可信的模型，其與近日天文觀測的結(jié)果相符。B. 等的工作將有助于對原恒星噴流內(nèi)部區(qū)域相互作用機(jī)制的理解，對在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行噴流化學(xué)研究的工作也十分重要。例如，橫向不穩(wěn)定性對噴流結(jié)構(gòu)的影響；不連續(xù)噴流，可以通過在實(shí)驗(yàn)室中借助納秒級多重激光脈沖便捷地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M；實(shí)驗(yàn)形成磁等離子體窄柱，并使其沖擊一個(gè)固體表面，這種奇特的實(shí)驗(yàn)方法可以拿來研究年青星體吸積柱中的等離子體動力學(xué)，也就是說，在吸積盤物質(zhì)向星體自由下落的過程中，有了研究磁場作用機(jī)制的方式。除了以上幾個(gè)方面，在磁場可能起到較重要作用的天體化學(xué)研究領(lǐng)域，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)都有較好的應(yīng)用前景。
2.4 神光Ⅱ裝置模擬太陽風(fēng)與偶極磁場的相互作用
在神光II 裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用圓柱形的永久磁體和強(qiáng)激光驅(qū)動的的磁等離子體來分別模擬偶極磁場和太陽風(fēng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果有助于對地球磁層極區(qū)活動的理解。實(shí)驗(yàn)中還觀測到了一些重要的現(xiàn)象，如磁場重聯(lián)與敵視，這些現(xiàn)象與磁流體力學(xué)(MHD)模擬結(jié)果相符。
圖7 為張凱[17]等在神光II 裝置上采取的實(shí)驗(yàn)設(shè)置。實(shí)驗(yàn)時(shí)使用兩束長脈沖(1 ns)激光聚焦于一附加圓錐磁極的鋁靶上。陰影成像以及干涉成像被用于短脈沖(120 ps)探針光的等離子體演變確診。激光驅(qū)動等離子體的X射線圖象可使用X射線針眼單反取得，熱等離子體的時(shí)間演變序列由放在靶前的X射線分幅相機(jī)獲得。
圖7 神光II 裝置上模擬太陽風(fēng)與偶極磁場相互作用的實(shí)驗(yàn)裝置圖[17]
圖8 為X射線分幅相機(jī)所獲得的隨時(shí)間演進(jìn)圖象。圖中選定了等離子體泡流體力學(xué)演變的三個(gè)典型的代表時(shí)刻，同時(shí)按照實(shí)驗(yàn)設(shè)置，模擬太陽風(fēng)的等離子體由磁極底部垂直射入。兩個(gè)激光焦斑之間的距離約為600 μm，磁體的磁場硬度約為3000 Gs。圖8(a)，(b)，(c))中，按照時(shí)間次序，起初在兩個(gè)等離子體泡的中間發(fā)生了磁重聯(lián)，重聯(lián)流出的等離子體擊中磁極表面，形成了一團(tuán)新的等離子體。之后，兩團(tuán)等離子體泡繼續(xù)擴(kuò)張，并與磁極表面新產(chǎn)生的等離子體相遇，并再度發(fā)生重聯(lián)，引發(fā)X射線硬度的明顯增強(qiáng)。這一結(jié)果顯示了二次重聯(lián)中可能的磁能釋放過程。
圖8 隨時(shí)間演進(jìn)的X射線圖象[17] (a) 1593 ps；(b)1619 ps；(c) 1705 ps(圖中紅框區(qū)域的X射線硬度隨時(shí)間而提高，表明該區(qū)域中發(fā)生了磁重聯(lián))
該實(shí)驗(yàn)?zāi)M了太陽風(fēng)與極區(qū)磁場的相互作用，在實(shí)驗(yàn)中可以覺得，通過激光驅(qū)動磁重聯(lián)形成了一個(gè)微型的太陽耀斑，實(shí)驗(yàn)中形成的出流等離子體相當(dāng)于太陽風(fēng)。光學(xué)確診設(shè)備和X射線確診設(shè)備都較好地取得了磁極靜態(tài)磁場與等離子磁場的相互作用數(shù)據(jù)。通過標(biāo)度變換的方式，其研究成果將有助于對日地空間動力學(xué)現(xiàn)象的理解。
3 未來的展望
實(shí)驗(yàn)室天體物理學(xué)是一門正在蓬勃發(fā)展中的新學(xué)科，其完善于最新激光技術(shù)進(jìn)展之上，同時(shí)涉及激光化學(xué)、等離子體物理和天體化學(xué)等學(xué)科。實(shí)驗(yàn)室天體物理學(xué)可能有助于解決目前天文及天體化學(xué)研究中的一些重要問題，也可能為相關(guān)學(xué)科的研究提供新的研究思路。實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)以及其相關(guān)理論估算是天體化學(xué)相關(guān)研究的新興方向之一，需要幾代人持續(xù)不斷的努力，它有望幫助我們理解這些例如星體產(chǎn)生、恒星及行星系統(tǒng)演變、宇宙中可能存在的生命等課題中的潛在化學(xué)過程。實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)的發(fā)展，同時(shí)也有助于促進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器甚至空間探測器等相關(guān)技術(shù)的改良。
為了愈加接近模擬天體化學(xué)環(huán)境下的極端條件，如太陽對流區(qū)的等離子體狀態(tài)，需要更為強(qiáng)悍的實(shí)驗(yàn)裝置。相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步推動了高能密度實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)這一領(lǐng)域的發(fā)展。美國國家打火裝置(NIF)是目前世界上最大的激光器，其才能在一次脈沖時(shí)間內(nèi)釋放約2 MJ的能量，該裝置為實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)研究起到了重要作用[18]，NIF 上舉辦的研究領(lǐng)域包括核天體化學(xué)(核化學(xué))、行星科學(xué)(極端環(huán)境下的物質(zhì)與行星化學(xué))以及相對論性沖擊波(束流化學(xué)與等離子體化學(xué))。很多領(lǐng)域未來借助NIF進(jìn)一步進(jìn)行研究，例如：
(1)星際和星系際介質(zhì)：NIF 有望解答宇宙中的兩個(gè)困局，即磁場以及宇宙射線是如何形成的。物理估算證明天體物理學(xué)研究什么，宇宙中的磁場普遍較弱，但觀測表明，宇宙中又存在顯著的磁場作用痕跡。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)可以通過沖擊波和紊流作用形成和放大磁場，避免了等離子體熱對磁場的耗散作用，這一優(yōu)點(diǎn)是數(shù)值模擬方式無法比擬的。另外，束流化學(xué)和等離子體化學(xué)的研究證明，其中一些實(shí)驗(yàn)過程與宇宙射線的形成過程類似，有助于我們加深對宇宙射線形成機(jī)制的理解。
(2) X射線與星際空間等離子體的相互作用：由于這一領(lǐng)域的研究強(qiáng)烈依賴于原子化學(xué)和等離子體數(shù)學(xué)，NIF 同樣可以發(fā)揮作用。在黑洞、中子星和好多雙星系統(tǒng)周圍，物質(zhì)被X射線高度離化。而NIF 可以通過實(shí)驗(yàn)制造出類似的環(huán)境參數(shù)。另外，恒星結(jié)構(gòu)與演進(jìn)與X射線的輸運(yùn)過程具有相關(guān)性，輸運(yùn)過程的基礎(chǔ)即物質(zhì)對幅射的吸收與轉(zhuǎn)移，尤其是高Z 元素(例如鐵)對幅射的吸收與轉(zhuǎn)移。NIF 則可以模擬出星體內(nèi)部的密度與氣溫狀態(tài)從而進(jìn)行相關(guān)研究。
此外，利用NIF 還可以進(jìn)行有關(guān)行星產(chǎn)生中幅射與物質(zhì)的光化學(xué)過程，沖擊波的流體力學(xué)及其非線性行為等領(lǐng)域的研究。
我國研發(fā)的神光III 高功率激光實(shí)驗(yàn)裝置，其主機(jī)裝置于2015 年2 月基本建成。標(biāo)志著我國成為繼日本國家打火裝置后，第二個(gè)舉辦多束組激光慣性約束聚變實(shí)驗(yàn)研究的國家。屆時(shí)將進(jìn)一步推進(jìn)我國未來的實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。由于天體化學(xué)研究設(shè)計(jì)從毫米波到伽馬射線的全波段，實(shí)驗(yàn)室天體化學(xué)研究不僅須要更強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)裝置，還須要更先進(jìn)的確診裝置以及更高效的計(jì)算機(jī)，以提升對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的允許和處理能力。這須要各相關(guān)領(lǐng)域的科研人員和技術(shù)人員的共同努力。
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本文選自《物理》2016年第6期
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