NASA的MMS发现了太空电子所展现的新型运动

时间：2021-07-06 12:52:07 来源：

美国宇航局的“磁层多尺度任务”揭示了高能电子表现出的一种奇异的新型运动，它会损坏轨道上的卫星并触发极光。

没有引导场来限制它们，电子（黄色）向后摆动。电子的增加速度通过较暖的颜色轨迹显示出来。

您看不到它们，但是大量电子在地球周围的磁环境（磁层）中嗡嗡作响。电子在磁场和电场的作用下以复杂的舞蹈绕地球旋转并pe旋转。当高能电子穿透到离地球足够近的磁层中时，它们会损坏轨道上的卫星并触发极光。美国宇航局（NASA）的“磁层多尺度”（MMS）的科学家研究了电子的动力学，以更好地了解其行为。发表在《地球物理研究杂志》上的一项新研究揭示了这些电子表现出的一种奇异的新型运动。

强磁场中的电子通常表现出简单的行为：它们沿着磁场旋转紧密的螺旋。在磁场方向相反的较弱的磁场区域中，电子呈自由形式-以一种称为Speiser运动的运动来回弹跳。新的MMS结果首次显示了在中等强度场中发生的情况。然后，这些电子跳出一个混合的，曲折的运动-在从该区域中弹出之前，会不断地旋转和弹跳。该运动带走了磁场的一些能量，并且在磁重联过程中起着关键作用。磁重联过程是一个动态过程，可以爆炸性地释放大量存储的磁能。

该研究的主要作者，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磁层多尺度任务科学家陈立仁说：“ MMS向我们展示了发生磁性重新连接的令人着迷的现实。”

当MMS绕地球飞行时，它穿过中等强度的磁场区域，电流在该区域中以与磁场相同的方向流动。这样的区域被称为中间指导领域。在该区域内部时，仪器记录了电子与电流薄层（电流流过的薄层）之间的奇怪相互作用。当进入的粒子遇到该区域时，它们像在强磁场中一样，沿着引导场开始以螺旋形旋转，但是以更大的螺旋形旋转。MMS的观测还看到了从电场中获取能量的粒子的特征。不久之后，加速的粒子逸出了当前的表层，形成了高速射流。在此过程中，他们带走了该领域的一些能量，使其逐渐减弱。

在中等强度的磁场中，电子沿着磁场旋转，获得能量，直到它们从重新连接层中弹出为止。

磁场的重新连接是唯一产生观察电子运动的磁场环境，这导致电流表被聚集的磁场紧密束缚。新的结果有助于科学家更好地了解电子在重新连接中的作用以及磁场如何失去能量。

NASA的“磁层多尺度”任务可测量飞行通过的电场和磁场，并对电子和离子计数以测量其能量和运动方向。MMS能够以紧凑的金字塔形形式飞行四架航天器，从而能够以前所未有的方式查看三维空间中的粒子和粒子，并观察小型粒子动力学。

“ MMS的时间分辨率比以前的任务快了一百倍，” NASA戈达德太空飞行中心的MMS高级项目科学家汤姆·摩尔说。“这意味着我们终于可以看到在如此狭窄的层中发生了什么，并且能够更好地预测在各种情况下重新连接发生的速度。”

了解重新连接的速度对于预测爆炸能量释放的强度至关重要。重新连接是整个宇宙中重要的能量释放过程，被认为是造成某些冲击波和宇宙射线的原因。磁场重新连接也会导致太阳上的太阳耀斑，这会触发太空天气。

两年来，“磁层多尺度”任务一直在揭示地球附近新的令人惊讶的现象。这些发现使我们能够更好地了解地球的动态空间环境以及它如何影响我们的卫星和技术。

MMS现在正朝着新的轨道前进，它将通过距离地球更远离太阳的那一侧的磁重合区域。在该区域，引导场通常较弱，因此MMS可能会看到更多此类电子动力学。

出版物：L.-J. Chen等人，“在停磁再连接期间具有中间引导场的电子扩散区域：磁层多尺度观测”，JGR，2017年； DOI：10.1002 / 2017JA024004

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