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科学家在NASA提供的数据中发现地球磁层边缘令人惊讶的“驻波”

据外媒报道,磁层是指在太阳风和行星磁场的相互作用下,行星原来磁场的磁力线被太阳风压缩在一个有限的空间。科学家们预计,沿着磁层行驶的波会向太阳风的方向荡漾。但是一项新研究显示,有些波的作用正好相反。

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研究这些传输能量的磁层波,有助于科学家了解太阳活动在地球周围空间的复杂表现。由太阳驱动的空间条件的变化被称为空间天气。这种天气可以影响我们的技术,从轨道上的通信卫星到地面上的电力传输。“了解任何系统的边界是一个关键问题,”领导这项新研究的伦敦帝国学院空间物理学家Martin Archer说,该研究于2021年10月6日发表在《自然通讯》上。“这就是东西进入的方式:能量、动量、物质。”

Archer专注于表面波,意思是需要一个边界的波–在这种情况下,是磁层的边缘–来沿途传播。以前,他和他的同事们的研究确定,磁层的边界像鼓一样振动。当一阵强烈的太阳风拍打着磁层时,波向地球的磁极移动,并被反射回来。

最新的工作考虑了在整个磁层表面形成的波,使用了美国宇航局THEMIS任务的模型和观测数据的组合,即磁层亚暴期间事件和宏观互动的时间历史。

研究人员发现,当太阳风脉冲袭击磁层时,形成的波不仅在地球磁极和磁层前端之间来回移动,而且还逆着太阳风前进。Archer将这两种运动比作渡河。一条船可以从一个河岸到另一个河岸(向两极移动),也可以“逆流而上”(对抗太阳风)。在磁层的前端,这些波似乎是静止的。

THEMIS卫星在磁层内的观测首先暗示了一些波可能是逆着太阳风前行的。研究人员用模型说明了来自太阳的风的能量和逆风的波的能量是如何相互抵消的。Archer说:“它看起来就像你根本没有移动,尽管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”持续更久。这意味着它们在近地空间加速粒子的时间更长,从而导致辐射带、极光或电离层的潜在影响。Archer预计,“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。研究离家很近的波可以帮助科学家了解这种遥远的边界。

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