宇宙空间中,广泛存在着磁场与等离子体的相互作用。低强度磁场可以改变能量或物质的输运系数,高强度的磁场则影响等离子体的动力学演化。但受限于观测能力,天体磁化等离子体的定量研究有很大难度。脉冲功率技术的发展,使得目前在实验室内可以产生参数可控的高能量密度磁化等离子体。结合磁流体力学方程组本征的标度变换不变性,可以在实验室内定量的研究天体尺度的磁化等离子体演化。本论文采用辐射磁流体模拟和物理实验手段,结合理论分析,系统研究了激光烧蚀产生的等离子体流与磁化背景气体的相互作用,目的是定量研究一系列处于磁化背景中准直天体外流的形成机制。模拟和实验研究中,利用纳秒激光烧蚀铝或硅固体靶产生初始各向同性外流,外加磁场方向平行于出流对称轴、背景中充氦气来模拟天体磁化背景。数值模拟研究采用三维辐射磁流体程序,全面考虑了激光能量沉积、真实物态方程、辐射输运和非理想耗散项。我们采用平顶长脉冲激光产生稳态外流,模拟中激光光强I=1012-1013 W/cm2、磁场强度B=0-60Tesla、背景气体覆盖从真空状态至ρ=10-6g/cm3的密度范围。实验研究中采用7ns脉宽、527nm波长、620mJ能量的的Nd:YAG激光束,利用脉冲磁场装置产生8T的背景磁场,靶室内充氦气改变背景气体密度;采用光学干涉、光学自发光成像等诊断技术测量磁化背景中等离子体的演化。借助于数值模拟,我们发现:尽管磁化背景气体始终处于磁压远远大于热压的磁准直参数状态,改变背景气体密度或磁场强度,激光烧蚀产生的初始大角度高速等离子体外流在磁化背景气体中的流体行为仍会发生显著变化。固定磁场强度、背景气体密度较低时,烧蚀物横越磁场的运动被抑制,形成长轴沿磁场的抗磁椭球形腔,后续来流被腔壁折射汇聚,通过腔体顶部锥形激波转换为沿磁场长距离传输的准直射流(well-collimated jet)。固定磁场强度、稍微增加背景气体密度时,射流被阻挡、头部形成含密度鼓包的节状射流(knotty jet)。背景气体密度高于一定阈值时,射流完全被抑制,原锥形激波位置被一弓形激波取代,这时候外流表现为椭球形腔结构(less-collimated lobe)。固定背景气体密度,在改变磁场强度时,也会出现类似的变化规律,外流从低磁场强度时的椭球形腔逐渐变化为节状射流最终变化为准直射流。细致分析不同参数下的流体行为,我们发现外流的外阿尔芬马赫数和其在磁化背景中驱动起的激波形态决定了外流的形貌。外阿尔芬马赫数Ma<1的亚阿尔芬膨胀激发背景磁声波模,背景各向异性的洛仑兹力可以有效引导大角度外流变化为准直射流;外阿尔芬马赫数介于12的超阿尔芬膨胀,背景中激发单层经典弓形波,其速度和结构与无磁场情况一致,背景洛仑兹力变为各向同性结构,射流被完全抑制,只剩下椭球形腔。以上三类情况的转变边界仅与无量纲的外阿尔芬马赫数有关,可以方便地向天文对象推广。我们将外流各种可能形貌均归结到二维分类图中,自变量轴分别由强磁化极限的外阿尔芬马赫数和弱磁化极限的声学马赫数构成,覆盖强磁化、弱磁化、高速外流、低速外流极限的所有五种外流形貌情况:弱磁场弱驱动、声波扰动时的球形膨胀;弱磁场强驱动、爆炸波(blastwave)扰动时的球形腔(spherical lobe);强磁场弱驱动、磁声波扰动时的准直射流;强磁场中等驱动、switch-on激波时的节状射流;强磁场强驱动、单层磁化激波时的椭球形腔(less-collimated lobe)。实验结果重现了数值模拟发现的规律性,逐渐增加背景气体密度时,光学干涉和自发光成像都观测到了受磁场约束的外流从准直射流转换为节状射流最终转化为椭球形腔,形貌转换的磁场和背景气体参数界限也与分类图预测一致。我们将实验外流形貌与三类相关天体对象建立了联系:原恒星射流、行星状星云双极腔体、太阳系弓形激波面:它们均拥有中心膨胀风和高密度磁化星际风背景。文中计算保证了实验与各天文出流的无量纲变换成立,即热传导、磁耗散、辐射致冷效应强度均可忽略,同时给出了给出了标度变换时实验室结果到天体的时空尺度放大系数。特别的,我们的实验在标度变换对应的高密度条件下重现了HH212的节状射流,这可能给天体中节状射流的产生机制提供新的理论模型。通过以上所述的模拟和实验研究,我们得到两个重要结论:一、我们的结果有力地支持了原恒星等天体中纵向磁场准直外流的理论模型,即盘风携带的数十毫高斯磁场足以有效准直包裹在内的核心风;二、准直射流、节状射流和椭球形腔等三种磁化天体外流形貌可以由统一的理论模型解释:亚阿尔芬膨胀时表现为准直射流,12的高超阿尔芬膨胀时产生椭球形腔。这些结果可以解释一系列原恒星和行星状星云形貌的形成机制,也有助于理解太阳风与星际背景分界面的弓形激波结构。