NASA的THEMIS任务释放了极光之谜

一种特殊类型的极光,像一条发光的珍珠项链一样,在夜空中东西向披着,帮助科学家更好地了解极光的科学及其在太空中的强大驱动力。这些光被称为极光珠,通常在大型极光显示之前就亮起,这是由太空中称为雷暴的电暴引起的。以前,科学家们不确定极光珠是否以某种方式与其他极光显示器相连,这是亚暴之前的空间现象,还是由更接近地球大气层的干扰引起的。

但是功能强大的新型计算机模型,结合美国宇航局的事件时间历史和亚暴期间的宏观相互作用(THEMIS)的观测,提供了太空事件的第一批有力证据,这些事件导致了这些珠子的出现,并证明了它们发挥的重要作用在我们近太空环境中。

加利福尼亚大学洛杉矶分校(THEMIS)首席研究员瓦西利斯·安杰洛普洛斯(Vassilis Angelopoulos)说:“现在,我们已经确定这些珠子的形成是在引发太空亚暴之前的过程的一部分。” “这是一个重要的新难题。”

通过提供比单独使用三个THEMIS航天器或地面观测所能看到的更广阔的图像,新模型表明,极光珠是由等离子体中的湍流引起的-物质的第四态,由气态和高导电性带电粒子组成—环绕地球。该结果最近发表在《地球物理研究快报》和《地球物理研究杂志:空间物理学》上,最终将帮助科学家更好地了解极光中所见的所有旋流结构。

“ THEMIS的观测结果现已揭示出太空中的湍流,这些湍流导致发光的极光项链中的单颗珍珠照亮了天空,”新论文之一的主要作者,美国太空科学研究所的THEMIS科学家说。奥地利科学院。“这些湍流最初是由更轻,更敏捷的电子引起的,它们随粒子的重量移动了2000倍,而在理论上可能发展为全面的极光亚暴。”

极光珠形成之谜

当来自太阳的带电粒子被困在地球的磁性环境(磁层)中并汇聚到地球的高层大气中时,就会产生极光,碰撞会导致氢,氧,氮原子和分子发光。通过在数十英里到120万英里的范围内对近地球环境进行建模,THEMIS科学家能够显示出极光珠如何形成的细节。

当太阳发出的等离子流流经过地球时,它们与地球磁场的相互作用在地球后方产生了漂浮的等离子气泡。就像熔岩灯一样,气泡与磁层中较重的等离子体之间的浮力失衡会产生2500英里宽的等离子体手指,该手指向下伸向地球。这些手指的签名在极光中形成了独特的珠状结构。

“总的来说,在磁层周围发生的相对较少的瞬态事件总有一种重要的意义,”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的THEMIS项目科学家戴维·西贝克说。“我们直到最近才达到计算能力足以捕获这些系统中基本物理原理的地步。”

现在,科学家了解了极光珠在亚暴之前,他们想弄清楚珠子如何,为何以及何时触发全面的亚暴。至少在理论上,手指可能会缠结磁力线并引起爆炸事件,即所谓的磁重联现象,众所周知,这会造成充满夜空的全方位亚暴和极光。

新型号打开新门

自2007年发射以来,THEMIS在穿过磁层时一直进行详细测量,以了解导致极光的亚暴的原因。在其首要任务中,THEMIS能够证明磁重连接是亚暴的主要驱动力。新结果强调了较小规模的结构和现象的重要性,与跨越数百万英里的结构和现象相比,较小的尺度和结构的分布范围为数百英里。

新论文和科学家之一的合著者Slava Merkin表示:“为了了解极光中的这些特征,您确实需要解析全球和较小的局部尺度。这就是为什么迄今为止如此具有挑战性的原因。”总部位于马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的美国宇航局地理空间风暴中心。“它需要非常复杂的算法和非常大的超级计算机。”

新的计算机模拟几乎完美地匹配了THEMIS和地面观测。在新的计算机模型取得初步成功之后,THEMIS科学家渴望将其应用于其他无法解释的极光现象。特别是在解释小型结构时,计算机模型至关重要,因为计算机模型可以帮助解释三个THEMIS航天器通过的空间之间发生的情况。

其中一本的主要作者之一Kareem Sorathia说:“人们在极光中看到许多非常动态,非常小规模的结构,由于它们发生得非常快且规模很小,因此很难连接到更大的空间。” NASA的地球空间风暴中心的新论文和科学家,总部位于约翰·霍普金斯大学应用物理实验室。“现在,我们可以使用全局模型来表征和研究它们,这打开了许多新的大门。”

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