美國宇航局的宇宙飛船測量驅動太空天氣的磁爆炸
美國宇航局的宇宙飛船首次測量了太陽和地球磁場之間奇怪的相互作用，這種相互作用與地球錶面上方的爆炸性太空天氣事件有關。這種被稱為磁重聯的現象會擾亂我們星球上的衛星和電信系統。瞭解它的工作原理可能有助於研究人員預測此類空間天氣事件，並減少其破壞性的副作用。
當地球和太陽的磁場連線並向我們的星球釋放強烈的能量爆發時，就會發生磁重聯。科學家們對這些相互作用已經瞭解了幾十年，並將其與地磁風暴聯絡起來，地磁風暴在地球兩極附近引發了燦爛的極光。但由於這類風暴也會影響我們的技術，科學家們一直對找出太空中磁重聯的基本物理機制感興趣。今天發表在《科學》雜誌上的這項研究證實了許多研究人員對這一過程的懷疑，但也揭示了研究人員沒有預料到的資料。
地球和太陽的磁場連線在一起並釋放出強烈的能量爆發
重聯發生在地球磁場的外緣，也就是眾所周知的磁層。這個磁場被認為是由液態鐵在地核深處流動產生的。這種熱金屬的扭曲和轉動產生了電流，最終產生了一個圍繞地球40000到370000英里的帶電磁場。
磁層就像一道保護屏障，保護我們的星球不受高能太陽風的影響，否則太陽風會帶走我們大氣層中的氣體，殺死地球上的生命。太陽風是由太陽的外層大氣產生的，外層大氣溫度很高，不斷向地球發射能量很高、運動很快的粒子流。這些帶電的風會產生自己的磁場，與地球的磁氣圈發生衝突。
正常情況下，這兩個磁場相互對立，並朝著不同的方向運動。但磁力線經常會相互切換和連線。這就是所謂的磁重聯事件。”“當兩個磁場連線起來時，這就使得太陽能可以直接流入磁層，”研究作者、西南研究院空間科學與工程副院長吉姆·伯奇說它使整個磁場處於運動狀態。”來自太陽的激發粒子流進入地球的磁力線，將能量轉移到磁層。
為了直接研究這些爆炸重聯，美國宇航局於2015年3月啟動了磁層多尺度（MMS）任務。該專案包括將四個相同的航天器送入環繞地球的軌道。在太空中，探測器位於金字塔結構中，因此它們可以在三維空間中研究磁場重聯。
在2015年10月16日的重聯事件中，MMS航天器上的儀器能夠精確探測到電子的運動，每30毫秒進行一次測量。透過這種方式，研究人員能夠觀察到能量是如何傳遞的。資料還揭示了磁重聯過程中電子的行為，顯示了粒子移動的速度和流動的方向。這些電子大多遵循研究人員預測的模式。
普林斯頓大學天體物理學教授阿米塔瓦·巴塔查吉（Amitava Bhattacharjee）說：“這是一個有價值的見解。”這是在檢驗過去的理論，並且肯定會讓我們發現某些特徵實際上是由理論預測出來的。”
更多地瞭解磁場重聯意味著科學家們可以潛在地知道它何時會發生
但是在他們的觀察中，研究人員還發現電子的行為出乎意料，這是他們沒有想到的。作者寫道，這為繼續研究磁場重聯提供了更多動力。透過對這一過程的更多瞭解，科學家們有可能知道何時會發生磁重聯。”如果你瞭解驅動太空天氣的基本物理，我希望你能在預測風暴方面做得更好。
這意味著有朝一日我們可以知道地磁暴何時會發生，從而使我們能夠採取必要的措施，儘量減少太空天氣對我們技術的影響。
- 發表於 2021-05-04 23:32
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