? ? ? ? 圖為地球周圍的磁場(chǎng)示意圖。地球磁場(chǎng)可捕獲電子和帶電粒子。
北京時(shí)間5月15日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，在近日的一項(xiàng)重大研究中，四枚NASA探測(cè)器觀測(cè)到了所謂的“磁重聯(lián)”現(xiàn)象。這正是地球抵御太陽(yáng)風(fēng)的第一道防線。而該防線的形成過(guò)程還是首次為人所知。
該現(xiàn)象產(chǎn)生于地球外層大氣中一處較為動(dòng)蕩不安的區(qū)域，名為磁鞘（magnetosheath）。這一發(fā)現(xiàn)或?qū)⒏淖兾覀儗?duì)地球防護(hù)層的了解。
帝國(guó)理工學(xué)院物理系教授喬納森·伊斯特伍德博士（Dr Jonathan Eastwood）參與了本次研究，他指出：“湍流（turbulence）是經(jīng)典物理中最缺乏了解的重要概念之一。但我們知道它在太空中十分重要，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)能量的重新分配?！?/p>
“此次觀察到這一現(xiàn)象，我們便可提出新的理論或模型，幫助我們理解在其它地方的觀測(cè)結(jié)果，如太陽(yáng)大氣和其它星球磁場(chǎng)等?！?/p>
此前科學(xué)家曾多次在磁氣圈中觀察到磁重聯(lián)現(xiàn)象，但通常都是在平穩(wěn)的環(huán)境中。而此次磁重聯(lián)則發(fā)生在磁氣圈外側(cè)的磁鞘中，此處的太陽(yáng)風(fēng)極為動(dòng)蕩兇猛。
該任務(wù)名為“磁氣圈多尺度探測(cè)任務(wù)”（簡(jiǎn)稱MMS），專為研究磁重聯(lián)現(xiàn)象而設(shè)。磁重聯(lián)在宇宙中頗為常見。當(dāng)磁場(chǎng)相連和分離時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生磁重聯(lián)現(xiàn)象。而此次任務(wù)發(fā)現(xiàn)了一種新類型的磁重聯(lián)現(xiàn)象，名為電磁重聯(lián)。與發(fā)生在離地表更近、更平靜的磁氣圈中的磁重聯(lián)相比，電磁重聯(lián)有諸多不同之處。
此前科學(xué)家曾一度懷疑磁鞘中不可能發(fā)生磁重聯(lián)，因?yàn)樵搮^(qū)域中的等離子體極為混亂。但MMS任務(wù)發(fā)現(xiàn)，磁鞘中也可以產(chǎn)生磁重聯(lián)現(xiàn)象，只不過(guò)規(guī)模比此前發(fā)現(xiàn)的磁重聯(lián)小得多。
這一新發(fā)現(xiàn)將幫助我們了解此類現(xiàn)象對(duì)太空中的宇航員、衛(wèi)星、以及電力部門的影響。
“磁鞘中的湍流含有大量磁能?！痹撗芯康闹饕髡?、加州大學(xué)伯克利分校科學(xué)實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究員泰·潘（Tai Phan）指出，“人們一直在探討這些能量是如何被耗散的，而磁重聯(lián)也許能解答這一問(wèn)題?！?/p>
這些能量來(lái)自日冕。粒子以每小時(shí)160萬(wàn)公里的時(shí)速?gòu)娜彰嵘湎蛩拿姘朔剑纬蓮?qiáng)大的太陽(yáng)風(fēng)。太陽(yáng)風(fēng)擊中磁鞘時(shí)，便會(huì)與混亂的等離子體波發(fā)生相互作用。
科學(xué)家尚不了解這些能量是如何被耗散的，但此次觀察到的電磁重聯(lián)現(xiàn)象或?qū)?duì)他們有所啟發(fā)。
? ? ? ?外層磁氣圈（圖中藍(lán)色部分）保護(hù)著地球，使來(lái)自太陽(yáng)的超音速帶電粒子流（即太陽(yáng)風(fēng)）發(fā)生偏轉(zhuǎn)。粒子繞過(guò)磁氣圈時(shí)，便產(chǎn)生了高度動(dòng)蕩的邊界層——磁鞘（圖中黃色部分）?？茖W(xué)家正在對(duì)該區(qū)域展開研究，希望更好地了解不斷變化的太空環(huán)境。
MMS任務(wù)部署了四枚探測(cè)器，彼此相距6.4公里，在飛行過(guò)程中不斷收集數(shù)據(jù)。這首次為研究人員提供了研究磁鞘中磁重聯(lián)現(xiàn)象的機(jī)會(huì)。而結(jié)果也正如他們所愿，探測(cè)器成功找到了磁重聯(lián)可在湍流中發(fā)生的證據(jù)。
但在此過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)磁鞘中的磁重聯(lián)與其它區(qū)域有所不同。此類磁重聯(lián)并不會(huì)發(fā)射大量由磁場(chǎng)碰撞激發(fā)的氫離子，而是會(huì)發(fā)射規(guī)模小得多的電子流，并且?guī)缀醪话l(fā)生磁場(chǎng)碰撞。此前科學(xué)家從未發(fā)現(xiàn)過(guò)這一現(xiàn)象，一部分也與缺乏合適的觀察設(shè)備有關(guān)。
研究人員指出，電子與離子大小極為懸殊，就像拿小彈珠與籃球作比。電子更難以追蹤，且速度高達(dá)離子的40倍。
“我曾模擬過(guò)這一類型的磁重聯(lián)，”一名研究人員表示，“但科學(xué)家此前從未在太空中觀察到過(guò)該現(xiàn)象?！?/p>
隨著科學(xué)家對(duì)MMS任務(wù)傳回的數(shù)據(jù)展開分析，還可能發(fā)現(xiàn)更多驚喜。
“該任務(wù)將使我們的研究達(dá)到全新的高度，”研究人員表示，“這就像當(dāng)初發(fā)現(xiàn)原子其實(shí)由原子核和電子構(gòu)成一樣，令我們始料未及。”（葉子）
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