美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有的磁重聯(lián)模型中缺少的新物理現(xiàn)象。 雖然電影顯示地球存在于宇宙中一個(gè)平靜、原始的角落，但實(shí)際上，近地空間環(huán)境是危險(xiǎn)和動(dòng)態(tài)的。在任何一天，被稱為太陽(yáng)風(fēng)的熱帶電粒子和等離子體團(tuán)從太陽(yáng)射出，被地球的磁場(chǎng)所偏轉(zhuǎn)，在南北兩極造成美麗的極光。

然而，在太陽(yáng)風(fēng)暴期間，太陽(yáng)風(fēng)可以壓縮地球的磁場(chǎng)，導(dǎo)致磁場(chǎng)線重新排列和重新連接（也稱為磁重聯(lián)），將熱的、密集的等離子體射回地球。像這樣的過程通常被稱為空間天氣。由于這些空間天氣可能對(duì)我們現(xiàn)代社會(huì)的關(guān)鍵因素產(chǎn)生影響，如電信系統(tǒng)和電網(wǎng)，獲得對(duì)這些過程的良好理解與理解地面天氣一樣重要。

了解地球磁層中的磁重聯(lián)的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是在衛(wèi)星觀測(cè)中難以解決較小的動(dòng)力學(xué)規(guī)模的過程。然而，美國(guó)宇航局的“磁層多尺度”（MMS）航天器最近使得詳細(xì)研究這種以前未見過的微尺度物理成為可能。

NRL的科學(xué)家們一直在使用MMS數(shù)據(jù)來研究發(fā)生在地球磁尾的微尺度物理學(xué)，磁尾是磁層的一個(gè)薄的部分。當(dāng)?shù)厍虻拇艑颖惶?yáng)風(fēng)壓縮成一個(gè)薄薄的電流片時(shí)，磁尾就形成了，這為研究磁重聯(lián)創(chuàng)造了一個(gè)理想的位置。

NRL的科學(xué)家們最近首次觀察到在這些被壓縮的電流片之一中，由高度剪切的電子流（速度剪切）驅(qū)動(dòng)的等離子體波。當(dāng)電流片被壓縮時(shí)，一個(gè)垂直于背景磁場(chǎng)的局部電場(chǎng)出現(xiàn)，速度剪切就在電流片中產(chǎn)生了。這些波是局部增強(qiáng)的擴(kuò)散性的豐富來源，它可以觸發(fā)磁重聯(lián)過程。

NRL的科學(xué)家們還利用這些觀察發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有的薄電流片和磁重聯(lián)理論模型中缺少的一個(gè)關(guān)鍵部分--一個(gè)垂直于電流片形成的雙極電場(chǎng)，并在電流片經(jīng)歷強(qiáng)壓縮時(shí)得到加強(qiáng)。此后，一個(gè)新的理論模型被開發(fā)出來，它表明，雙極電場(chǎng)可以自洽地發(fā)展，以響應(yīng)等離子體的整體壓縮。這反過來又產(chǎn)生了速度剪切，可以驅(qū)動(dòng)航天器數(shù)據(jù)中觀察到的波。由電子流驅(qū)動(dòng)的電流也改變了磁場(chǎng)剖面，并允許形成既薄又不理想的電流片，這些特征不能同時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)模型來解釋。理論模型的結(jié)果為微觀尺度和宏觀尺度物理學(xué)之間的關(guān)鍵聯(lián)系帶來了新的啟示。

這些發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了現(xiàn)有的對(duì)薄電流片物理學(xué)的理解，對(duì)剪切驅(qū)動(dòng)的等離子體波的識(shí)別也確立了局部的極性電場(chǎng)和驅(qū)動(dòng)物理學(xué)的高度不均勻條件的意義。這種對(duì)小尺度物理學(xué)的深入理解，當(dāng)與更大尺度的模型相結(jié)合時(shí)，將導(dǎo)致對(duì)全球動(dòng)力學(xué)，特別是影響近地空間天氣的日光層中從太陽(yáng)進(jìn)入地球附近的能量通量的更全面的了解。

【來源：cnBeta.COM】

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