在动荡的太空科学家发现新型磁过程

美国宇航局在湍流空间发现了新的磁场过程

虽然离地球很近,但地球周围的空间充满了隐藏的秘密和看不见的过程。在《自然》杂志报道的一项新发现中,科学家们正在与美国宇航局该公司的磁层多尺度航天器(MMS)利用创新技术从数据中挤出额外信息,在近地环境中发现了一种新型的磁事件。

磁重连是充满带电粒子的空间中最重要的过程之一等离子体- 围绕地球。这一基本过程消散磁能并推动带电粒子,它们都有助于动态空间天气系统,科学家希望更好地了解,甚至有一天预测,因为我们做地面天气。重新连接时穿过磁场线卡,丢爆炸高速走附近的粒子发生。这项新发现发现重新连接它从未见过的 - 在动荡的血浆。


在《自然》杂志上报道的一项新发现中,科学家们与美国宇航局的磁层多尺度航天器(MMS)合作,发现了近地环境中的一种新型磁事件。功劳:美国宇航局戈达德太空飞行中心/乔伊·吴

“在等离子的宇宙中,有两个重要的现象:磁重联和动荡,”大藩,在高级研究员说加州大学,伯克利他是这篇论文的主要作者。“这个发现连接了这两个过程。”

在磁气圈(地球周围的磁环境)中,磁重连已被观测到无数次,但通常是在平静的条件下。新的事件发生在一个叫做磁鞘的区域,就在磁层的外边界之外,在那里太阳风是非常动荡的。此前,科学家们不知道那里是否会发生重连,因为该区域的等离子体非常混乱。MMS发现它确实存在,但其规模远小于以前的航天器能够探测到的规模。


在动荡的磁场环境,磁场线变得混乱。由于场线交叉的,激烈的电流(此处示出为亮区域)的形式和最终触发磁重(由闪光指示),这是一个爆炸性事件释放磁能在当前层积累和喷射的高速双电子的定向射流。美国航空航天局的磁层多任务目睹了这一行动过程,因为它通过电子喷气式飞机飞过动荡的边界就在地球磁场环境的边缘。版权:NASA戈达德太空飞行中心的概念图片实验室/丽莎Poje;通过模拟:科尔比哈格蒂(芝加哥大学)、Ashley Michini(宾夕法尼亚大学)、Tulasi Parashar(特拉华大学)

MMS使用四个相同的航天器在金字塔编队飞行研究地球周围磁场重联的三维空间。因为飞船飞难以置信的接近 - 在短短四年和半英里的平均分离,其所持有的纪录任何多航天器编队的最接近的分离 - 他们能够观察到的现象之前,没有人见过。此外,MMS的仪器速度设计为捕获的数据比以前更快的任务一百倍。

尽管MMS上的仪器速度快得令人难以置信,但它们仍然太慢,无法捕捉到运动中的紊流重连,而这需要观测到由反冲磁场线抛出的快速运动粒子的窄层。与标准重连(从重连点喷射出宽的离子流)相比,紊流重连只喷射出几英里宽的窄电子流。

“确凿的证据是在同一时间测量方向相反的电子飞机,和四个MMS飞船幸运地垄断了重新连接的网站,发现这两种飞机”,乔纳森·伊斯特伍德,在伦敦帝国学院的讲师,并共同表示-author纸张。

最重要的是,MMS科学家们能够利用一台仪器,快速血浆调查的设计,打造出技术插值数据 - 实际上让他们在字里行间,收集额外数据点 - 为了解决飞机。

“论文的关键事件只在45毫秒内发生。这将是基础数据的一个数据点,”NASA戈达德太空飞行中心(位于马里兰州格林贝尔特)的研究生、开发这项技术的科学家艾米·雷杰(Amy Rager)说。“但相反,我们可以用这种方法在该地区获得6到7个数据点,让我们了解正在发生什么。”


地球被一种保护性的磁性环境——磁层——所包围,在这里用蓝色表示,磁层使来自太阳的超音速带电粒子流(即太阳风)发生偏转。当粒子围绕地球的磁层流动时,它会形成一个高度湍流的边界层,称为磁鞘,如图所示为黄色。科学家们,比如那些参与美国国家航空航天局磁层多尺度任务的科学家们,正在研究这个动荡的区域,以帮助我们更多地了解我们的动态空间环境。工作人员:美国宇航局戈达德太空飞行中心/玛丽·帕特·赫里比克-基思;NASA戈达德概念图像实验室/Josh Masters

随着新方法,彩信科学家们希望,他们可以梳背通过现有的数据集,以找到更多的这些事件,以及潜在的其他意外的发现为好。

磁重连在整个宇宙中都有发生,所以当我们在地球周围了解到它时——地球人最容易检查它的地方——我们可以将这些信息应用到更远的其他过程中。例如,湍流中重连的发现对太阳的研究具有启示意义。这可能有助于科学家理解磁重联在加热令人费解的太阳日冕(太阳的外层大气)和加速超音速太阳风中所起的作用。美国国家航空航天局即将于2018年夏天直接发射帕克太阳探测器,以调查这些问题——我们对地球附近的磁重联了解得越多,这些研究就越完善。

出版物:T. D.藩,等人,“电子磁重没有离子在地球磁鞘湍流,耦合”自然,卷557,pages202-206(2018)doi: 10.1038 / s41586 - 018 - 0091 - 5

1评论关于“动荡太空科学家发现新型磁过程”

  1. 这是一种新的认识的开始,对更好地理解地震触发、火星和小行星导航、不让小行星靠近地球采矿和研究、航天器和人类支持系统设计以及量子物理研究都有重大意义。

    例如,在夏威夷地震活动和随后的火山活动之前,似乎是一系列的磁重联事件。在研究地震和太阳风的时候,我看到了一些重新连接的事件,但这些似乎比我遇到的更强烈。事实上,我对太阳风观测站的数据提出了质疑。这些重新连接对地球深部变化的影响程度仍在研究中。

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