当太阳风撞上地球的磁层时出现了令人惊讶的静止状态

摘要:

来自太阳风的能量与地球周围的磁层"气泡"相互作用,产生了似乎静止的能量波。这项由帝国理工学院科学家领导的研究的新发现,提高了我们对地球周围促成"空间天气"的条件的理解,太阳耀斑产生的粒子可以影响我们的通信技术,从轨道上的通信卫星到地面上的电力线。

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太阳释放的带电粒子流称为太阳风,在地球表面,我们受到磁层的保护,免于受到这种冲击,磁层是由地球的磁场产生的一个气泡。

当太阳风击中磁层时,能量波沿着两者之间的边界转移。科学家们认为这些波应该朝着太阳风的方向荡漾,但最近发表在《自然通讯》上的新研究显示,一些波的作用正好相反。

此前,来自帝国理工学院物理系的首席研究员马丁·阿彻博士和他的同事们确定了磁层的边界像鼓一样振动。当来自太阳风的鼓槌状脉冲撞击到我们磁层气泡的最前端时,波浪向地球的磁极奔去,并被反射回来。

"这类似于如果你试图走上一个向下的运行扶梯会发生什么。它将看起来像你根本没有移动,即使你付出了大量的努力。"

最新的工作考虑了在整个磁层表面形成的波,使用了模型和美国宇航局THEMIS(亚暴期间事件和宏观互动的时间历史)卫星的观测结果的组合。

研究人员发现,当太阳风脉冲袭击磁层时,形成的波不仅沿着地球的场线来回奔跑,而且还逆着太阳风行驶。

在赤道(左)和正午子午线(右)的模拟结果的影片。磁层的边界(黑色)由于表面波而移动,从而压缩(红色)或稀薄(蓝色)磁层。振荡也被转换成了伴随这段视频的音频。

该团队使用模型来说明来自太阳的风的能量和逆风的能量如何能够相互抵消,创造出涉及大量能量的"驻波",但看起来却无处可去。"这类似于如果你试着在一个向下的扶梯上行走会发生什么。它看起来就像你根本没有移动,即使你付出了大量的努力。"

这些驻波可以比那些随太阳风传播的驻波持续更长时间。这意味着它们在近地空间加速粒子的时间更长,导致在地球的辐射带、极光或电离层等区域的潜在影响。

研究人员还说,驻波可能发生在宇宙的其他地方,从其他行星的磁层到黑洞的外围。研究人员还将来自THEMIS卫星的电磁信号转化为音频,使我们能够聆听到穿越磁层边界的波浪的声音。

由THEMIS卫星测量到的磁层的压缩和稀疏现象转化为可听的声音

阿彻博士补充说:"虽然在模拟中我们可以看到各处发生的情况,但卫星只能测量存在这些波的地方,它们只给我们提供时间序列,摇摆不定的线条。这种数据实际上最适合我们的听觉,而不是视觉,所以听数据往往可以让我们对发生的事情有更直观的认识。

"你可以听到站立的表面波的深呼吸声自始至终都在持续,随着每个脉冲的撞击,音量也在上升。与其他类型的波相关的更高音调的声音,几乎不会持续这么久"。

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