天體物理學重大難題！地球磁場如何在強烈的太陽風暴中倖存下來？

美國國家航空和宇宙航行局的太空氣象探測任務幫助解決了天體物理學的一個重大問題——當太陽風暴襲擊我們的星球時，它強烈的能量雨會到哪裡去?

這一發現解釋了在充滿帶電粒子的情況下，地球保護磁殼邊緣的混沌區域的行為。反過來，這一發現為理解類似太陽周圍的類似湍流熱點提供了新的基礎。

天文學家發現，在我們星球表面上方的電子的湍流漩渦中，存在著亞原子尺度的變化，這有效地驅散了在其扭曲的磁場中被抓住的能量。

雖然我們大多數人都熟悉在我們的星球周圍整齊地排列著一個球形鐵籠的老式圖解，但在這個平靜的氣泡周圍，還有一堆帶毛的磁場。

這個被稱為「磁鞘」的混亂區域，有點像瀉湖平滑流外的白頂浪，延伸出相當於地球直徑幾倍的距離。

更遠的地方仍然是一個被稱為弓形激波的區域，在那裡太陽風的氣流會隨著進入我們的磁場而減慢和聚集。

天文學家們已經研究了幾十年來我們的磁層平靜的「瀉湖」水域，並對其磁力線攜帶帶電粒子的方式有了相當深入的了解。

但是，船頭衝擊前的湍急的水流太過波濤洶湧，無法很好地處理，因此很難精確地模擬出它們如何引導來自太陽的帶電等離子體風。

「我們知道，在攪動、湍流的系統中，磁能會像小而小的鱗片一樣。在某種程度上，能量完全消失了，」來自馬里蘭大學的物理學家詹姆斯·德雷克說。

「最大的問題是這是如何發生的，以及磁重連接在如此小的尺度下所起的作用。」

磁重連接是磁場中相互對立的線的戲劇性的斷裂和連接，它釋放出大量的帶電粒子，它們被輸送到它們的無形的管道中。

眾所周知，質子和電子的爆炸波會釋放出大量的能量，將任何微妙的電子技術置於危險的軌道上。

當太陽風從弓形衝擊中溢出時，類似的涌浪在吸收很大一部分太陽風能量的過程中起到了一定的作用。

在磁層中研究這樣的重新連接相對容易，這在一定程度上是因為它們產生了長時間的「離子噴流」，其中包括像氫離子這樣的粗顆粒。

磁鞘的狂野西部不僅是混沌的，它的斷裂場也充滿了電子，這幾乎是不可能從這裡直接測量的，因為它們的距離要短得多。

這就是MMS的由來。

該任務的四顆衛星在一個緊密的金字塔結構中運行，將區域的電子密度繪製在毫秒的時間尺度上，並詳細描述了它們的行為。

毫無疑問，在磁力線的緊密連接中，有大量的斷裂和重新連接，這在電子運動中是很明顯的。

這項研究的主要作者、加州大學伯克利分校的空間科學家Tai Phan說:「MMS發現了電子磁重連接，這是一種與在地球周圍較為平靜的地區發生的標準磁場重新連接有很大區別的新方法。」

在這個尺度上有可靠的磁場重新連接的證據不僅能幫助我們了解我們周圍的空間，更好地保護我們的技術(更不用說我們的宇航員的健康)，它可以應用到一系列的天文現象上。

特拉華大學的物理學家邁克爾·謝伊說:「在太空中到處都有亂流:太陽、太陽風、星際介質、發電機、恆星周圍的吸積盤、活躍的星系核噴射、超新星遺迹的衝擊等等。」

太陽的日冕比下面可見的表面要熱上數百倍，迄今為止還沒有人給出一個令人信服的解釋。一種可能是爆發稱為「納米耀斑」的爆發。

了解更多關於磁場如何在這個超熱區域重新連接，可能會填補那些導致滿意答案的缺失的部分。

美國國家航空航天局即將進行的太陽探測任務計劃通過掃描恆星的日冕來收集關鍵數據。

這項研究發表在《自然》雜誌上。

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