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空间磁重联 实验和卫星目击

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-02-01浏览次数:648

正如在地球上一样,正在研究空间中的四重卫星磁重联任务 - 在整个宇宙中发生的等离子体中磁场线的分离和爆炸性重新连接 - 这一过程在太空中的关键方面和实验已经被发现。类似的发现在中间。在美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)。相似之处表明这些研究如何相互补充:实验室捕获了重新连接的重要全球特征,航天器记录了当地的关键属性。

美国国家航空航天局2015年对磁层多尺度卫星(MMS)任务的观测,用于研究地球磁场周围的重新连接以及过去和现在PPPL磁重联实验(MRX)的实验室发现非常一致。先前的MRX研究揭示了快速重新连接的过程,并确定了在此过程中转化为粒子能量的磁能,导致北极光,太阳耀斑和地磁暴可能损害移动电话服务并使电力消失。网格和损坏的轨道卫星。

MMS测量指南

以前的MRX调查结果可作为MMS任务测量的指导,以了解场线在等离子体中重新连接的区域 - 由自由电子和核或离子组成的物质状态。最新的PPPL实验将研究成果扩展到新的协议。 “尽管MRX和太空中重新连接层的大小差异很大,但两者都观察到非常相似的特征,”MRX的首席研究员Masaaki Yamada表示,最近的报告的主要作者在12月报告了这一结果。 Nature Communications第6版。

过去的实验室研究已经检查了“对称”重新连接,其中重新连接区域每侧的等离子体密度大致相同。新论文着眼于磁层顶部的重新连接 - 磁层的外部区域 - 和“不对称”MRX,意味着该区域一侧的等离子体比另一侧的密度至少高10倍。由于太阳风中的等离子体 - 来自太阳的带电粒子 - 比磁层中的等离子体更密集,因此MMS任务的焦点在于重新连接的不对称性。

在新论文中,研究人员研究了所谓的“双流体”重新连接物理学,它描述了过程中离子和电子的每种行为。这种物理学在MRX和磁层等离子体系统中支配磁重联,允许在实验室测量和空间观测之间进行前所未有的交叉检查。

主要调查结果

以下是MRX的双流体不对称研究的主要发现,其显示非常接近空间卫星的电子和离子行为的测量以及磁能到粒子能量的转换。计算机模拟有助于这些发现:

电子。实验表明,电子电流垂直流动,并且与先前认为的磁场不平行。该流动是在称为“电子扩散区域”的窄边界层中发生的电子中的磁能转换的关键,其中发生快速重新连接。该发现与最近的MMS空间测量一致,并且在实验室中用于不对称重新连接。

离子。离子电流也垂直于磁场流动,如在电子的情况下,并且也是离子磁能转换成粒子能量的关键。对于离子,这种转换发生在会聚等离子体之间的较宽“离子扩散区域”中,并且是关于实验室等离子体中的不对称重新连接的类似近期发现。

MRX实验进一步探讨了对称和非对称情况下转换的不同方面。在对称重新连接中,先前发现50%的磁能被转换成离子和电子,其中三分之一的转换影响电子,三分之二加速离子。在不对称的情况下,总转化率保持大致相同,离子和电子的能量转换率也是如此。