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    地球磁层像筛网而非金钟罩有时会漏了太阳风

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    UFO探秘网 发表于 2012-11-15 00:41 | 显示全部楼层
    太阳风暴


    科学家利用由4艘太空船组成的地球磁场探测舰队—Cluster卫星群的探测资料,发现地球的巨大磁场泡泡,其作用方式比较像是筛网,在绝大部分状况下可屏蔽来自太阳风(solar wind)的袭击,但在某些状况下却可让太阳风通过,真实的情况相当复杂。

    地球磁场就像是在地球外围展开一道防护罩,是保护地球不受太阳风冲击的第一层防护线。来自太阳的带电粒子流,也就是俗称的太阳风,挟带着从太阳延伸而出的磁场,横扫整个太阳系,当太阳风的行星际磁场(interplanetary magnetic field, IMF)与地球磁场排列方式不同时,地球环境所受到的影响及相对应的现象也不同。
    地球磁场


    地球外的磁力线交会处,就是「磁场传送门」所在。(图/取自NASA)

    其中一个著名的过程就是磁重联(magnetic reconnection),也就是相反方向的磁力线会突然断裂,并与邻近的另一条磁力线重新连结的现象。在此过程中,电浆会以与原先不同方向重新进入地球磁层(magnetosphere),反倒像是地球磁层为太阳风另外开启一扇门,让太阳风粒子得以长驱直入抵达地球。在某些情况下,这状况将导致「太空天气」,产生特别的极光、中断GPS讯号或影响地表的电力系统。

    2006年时,Cluster卫星群发现在磁层顶(magnetopause)—地球磁层的上端边界,有个4万公里宽的巨大电浆涡流;即使此时地球磁场和IMF同方向,这个涡流仍可让太阳风进入磁层内。这个电浆涡流发现地点是在地球低纬度、近赤道的区域,这个地方的磁场通常是封闭的。

    这些巨大的涡流应是被所谓的「卡耳文-亥姆霍兹效应(Kelvin-Helmholtz effect,简称KH效应)」的过程而驱动;自然界中只要有两股不同速度的流体互相擦身而过时,就会发生这种效应。例如:大气流动形成的风吹过海洋表面或云朵时形成的波动。

    分析Cluster卫星群观测资料后,科学家发现KH波动也会大范围地在磁层顶发生,特别是在IMF的朝向有部分与地球磁场不同时,当此现象发生时,便会持续将太阳风送近地球磁层中。
    极光


    图:在高纬度美丽的极光

    美国航太总署(NASA)哥达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Cente) 科学家及本篇论文作者Kyoung-Joo Hwang表示,他们发现当行星际磁场朝西或朝东时,高纬度地区的磁层顶边界层很容易遭受KH不稳定性(KH instabilities)的影响;这些区域离先前观测到的低纬度电浆涡流造成的波动很远。这显示:一般很难想像太阳风带电粒子会渗漏进磁层中,但事实上,经由不同的磁场环境,太阳风会从好几个不同的地点进入地球磁层,地球的巨大磁场泡泡并没有原本想像中的那么完美。

    这项发现确认了Hwang等人先前相关理论与电脑模拟所做出的预测:地球磁层的性质比较像筛网,总有部分太阳风会从筛网的网洞中流进地球磁层中。此外,KH效应也曾在水星和土星的磁层中观察到过;而Hwang等人的新研究成果,显示太阳系各行星的磁层可能也都面临了类似的状况。这些发现,都有助于科学家继续了解太阳风和行星磁层间的交互作用,对于未来的太空天气预报研究应有相当助益。(文/引用自台北天文馆之网路天文馆网站)
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