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。

　　新浪科技讯 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。


　　外层磁气圈（图中蓝色部分）保护着地球，使来自太阳的超音速带电粒子流（即太阳风）发生偏转。粒子绕过磁气圈时，便产生了高度动荡的边界层――磁鞘（图中黄色部分）。科学家正在对该区域展开研究，希望更好地了解不断变化的太空环境。

　　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）