新发现：科学家首次在磁鞘中观察到“磁重联”现象

图为地球周围的磁场示意图。地球磁场可捕获电子和带电粒子。

北京时间5月15日消息，据国外媒体报道，在近日的一项重大研究中，四枚NASA探测器观测到了所谓的“磁重联”现象。这正是地球抵御太阳风的第一道防线。而该防线的形成过程还是首次为人所知。

该现象产生于地球外层大气中一处较为动荡不安的区域，名为磁鞘(magnetosheath)。这一发现或将改变我们对地球防护层的了解。

帝国理工学院物理系教授乔纳森·伊斯特伍德博士(Dr Jonathan Eastwood)参与了本次研究，他指出：“湍流(turbulence)是经典物理中最缺乏了解的重要概念之一。但我们知道它在太空中十分重要，因为它可以实现能量的重新分配。”

“此次观察到这一现象，我们便可提出新的理论或模型，帮助我们理解在其它地方的观测结果，如太阳大气和其它星球磁场等。”

此前科学家曾多次在磁气圈中观察到磁重联现象，但通常都是在平稳的环境中。而此次磁重联则发生在磁气圈外侧的磁鞘中，此处的太阳风极为动荡凶猛。

该任务名为“磁气圈多尺度探测任务”(简称MMS)，专为研究磁重联现象而设。磁重联在宇宙中颇为常见。当磁场相连和分离时，便会产生磁重联现象。而此次任务发现了一种新类型的磁重联现象，名为电磁重联。与发生在离地表更近、更平静的磁气圈中的磁重联相比，电磁重联有诸多不同之处。

此前科学家曾一度怀疑磁鞘中不可能发生磁重联，因为该区域中的等离子体极为混乱。但MMS任务发现，磁鞘中也可以产生磁重联现象，只不过规模比此前发现的磁重联小得多。

这一新发现将帮助我们了解此类现象对太空中的宇航员、卫星、以及电力部门的影响。

“磁鞘中的湍流含有大量磁能。”该研究的主要作者、加州大学伯克利分校科学实验室高级研究员泰·潘(Tai Phan)指出，“人们一直在探讨这些能量是如何被耗散的，而磁重联也许能解答这一问题。”

这些能量来自日冕。粒子以每小时160万公里的时速从日冕射向四面八方，形成强大的太阳风。太阳风击中磁鞘时，便会与混乱的等离子体波发生相互作用。

科学家尚不了解这些能量是如何被耗散的，但此次观察到的电磁重联现象或将对他们有所启发。

MMS任务部署了四枚探测器，彼此相距6.4公里，在飞行过程中不断收集数据。这首次为研究人员提供了研究磁鞘中磁重联现象的机会。而结果也正如他们所愿，探测器成功找到了磁重联可在湍流中发生的证据。

但在此过程中，他们发现磁鞘中的磁重联与其它区域有所不同。此类磁重联并不会发射大量由磁场碰撞激发的氢离子，而是会发射规模小得多的电子流，并且几乎不发生磁场碰撞。此前科学家从未发现过这一现象，一部分也与缺乏合适的观察设备有关。

研究人员指出，电子与离子大小极为悬殊，就像拿小弹珠与篮球作比。电子更难以追踪，且速度高达离子的40倍。

“我曾模拟过这一类型的磁重联，”一名研究人员表示，“但科学家此前从未在太空中观察到过该现象。”

随着科学家对MMS任务传回的数据展开分析，还可能发现更多惊喜。

“该任务将使我们的研究达到全新的高度，”研究人员表示，“这就像当初发现原子其实由原子核和电子构成一样，令我们始料未及。”(叶子)

编辑：news18